JP4953357B2 - Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method - Google Patents
Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4953357B2 JP4953357B2 JP2006276291A JP2006276291A JP4953357B2 JP 4953357 B2 JP4953357 B2 JP 4953357B2 JP 2006276291 A JP2006276291 A JP 2006276291A JP 2006276291 A JP2006276291 A JP 2006276291A JP 4953357 B2 JP4953357 B2 JP 4953357B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- probe
- invasion
- cell invasion
- membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 248
- 230000004709 cell invasion Effects 0.000 title claims description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 78
- 230000009545 invasion Effects 0.000 title description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 280
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 claims description 101
- 239000000232 Lipid Bilayer Substances 0.000 claims description 77
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 72
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 40
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims description 22
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- HVCOBJNICQPDBP-UHFFFAOYSA-N 3-[3-[3,5-dihydroxy-6-methyl-4-(3,4,5-trihydroxy-6-methyloxan-2-yl)oxyoxan-2-yl]oxydecanoyloxy]decanoic acid;hydrate Chemical compound O.OC1C(OC(CC(=O)OC(CCCCCCC)CC(O)=O)CCCCCCC)OC(C)C(O)C1OC1C(O)C(O)C(O)C(C)O1 HVCOBJNICQPDBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229930186217 Glycolipid Natural products 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 7
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 3
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- TZCPCKNHXULUIY-RGULYWFUSA-N 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoserine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP(O)(=O)OC[C@H](N)C(O)=O)OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC TZCPCKNHXULUIY-RGULYWFUSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JZNWSCPGTDBMEW-UHFFFAOYSA-N Glycerophosphorylethanolamin Natural products NCCOP(O)(=O)OCC(O)CO JZNWSCPGTDBMEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZWZWYGMENQVNFU-UHFFFAOYSA-N Glycerophosphorylserin Natural products OC(=O)C(N)COP(O)(=O)OCC(O)CO ZWZWYGMENQVNFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SQVRNKJHWKZAKO-PFQGKNLYSA-N N-acetyl-beta-neuraminic acid Chemical compound CC(=O)N[C@@H]1[C@@H](O)C[C@@](O)(C(O)=O)O[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)CO SQVRNKJHWKZAKO-PFQGKNLYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- LEBBDRXHHNYZIA-LDUWYPJVSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl] n-[(z)-1,3-dihydroxyoctadec-4-en-2-yl]carbamate Chemical compound CCCCCCCCCCCCC\C=C/C(O)C(CO)NC(=O)O[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O LEBBDRXHHNYZIA-LDUWYPJVSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- YZXBAPSDXZZRGB-DOFZRALJSA-N arachidonic acid Chemical compound CCCCC\C=C/C\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCC(O)=O YZXBAPSDXZZRGB-DOFZRALJSA-N 0.000 description 2
- SQVRNKJHWKZAKO-UHFFFAOYSA-N beta-N-Acetyl-D-neuraminic acid Natural products CC(=O)NC1C(O)CC(O)(C(O)=O)OC1C(O)C(O)CO SQVRNKJHWKZAKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPJBWNIQKHGLAU-IQZHVAEDSA-N ganglioside GM1 Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](OC[C@H](NC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC)[C@H](O)\C=C\CCCCCCCCCCCCC)O[C@H](CO)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@]2(O[C@H]([C@H](NC(C)=O)[C@@H](O)C2)[C@H](O)[C@H](O)CO)C(O)=O)[C@@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O3)O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](CO)O1 QPJBWNIQKHGLAU-IQZHVAEDSA-N 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 150000002327 glycerophospholipids Chemical class 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- SECPZKHBENQXJG-FPLPWBNLSA-N palmitoleic acid Chemical compound CCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O SECPZKHBENQXJG-FPLPWBNLSA-N 0.000 description 2
- WTJKGGKOPKCXLL-RRHRGVEJSA-N phosphatidylcholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCCCCCCC=CCCCCCCCC WTJKGGKOPKCXLL-RRHRGVEJSA-N 0.000 description 2
- 150000008104 phosphatidylethanolamines Chemical class 0.000 description 2
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- SQVRNKJHWKZAKO-OQPLDHBCSA-N sialic acid Chemical compound CC(=O)N[C@@H]1[C@@H](O)C[C@@](O)(C(O)=O)OC1[C@H](O)[C@H](O)CO SQVRNKJHWKZAKO-OQPLDHBCSA-N 0.000 description 2
- -1 sphingomyelin Natural products 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N (9Z,12Z)-9,10,12,13-tetratritiooctadeca-9,12-dienoic acid Chemical compound C(CCCCCCC\C(=C(/C\C(=C(/CCCCC)\[3H])\[3H])\[3H])\[3H])(=O)O OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N 0.000 description 1
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010000912 Egg Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000002322 Egg Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091006027 G proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000030782 GTP binding Human genes 0.000 description 1
- 108091000058 GTP-Binding Proteins 0.000 description 1
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000029749 Microtubule Human genes 0.000 description 1
- 108091022875 Microtubule Proteins 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 235000021319 Palmitoleic acid Nutrition 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- DTOSIQBPPRVQHS-PDBXOOCHSA-N alpha-linolenic acid Chemical compound CC\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCCCCCC(O)=O DTOSIQBPPRVQHS-PDBXOOCHSA-N 0.000 description 1
- 235000020661 alpha-linolenic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229940114079 arachidonic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000021342 arachidonic acid Nutrition 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 230000009087 cell motility Effects 0.000 description 1
- 210000003855 cell nucleus Anatomy 0.000 description 1
- SECPZKHBENQXJG-UHFFFAOYSA-N cis-palmitoleic acid Natural products CCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O SECPZKHBENQXJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007876 drug discovery Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004488 linolenic acid Drugs 0.000 description 1
- KQQKGWQCNNTQJW-UHFFFAOYSA-N linolenic acid Natural products CC=CCCC=CCC=CCCCCCCCC(O)=O KQQKGWQCNNTQJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000003632 microfilament Anatomy 0.000 description 1
- 210000004688 microtubule Anatomy 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 229960002969 oleic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000021313 oleic acid Nutrition 0.000 description 1
- 210000004681 ovum Anatomy 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N tetradecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC[14C](O)=O TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Description
本発明は、ライフサイエンス分野、再生医療等に関連する分野において、細胞への各種の溶液の導入や、精子、卵子等の物質の導入や、細胞内の内容物の吸引等を行うために細胞内に侵襲する細胞侵襲用プローブ及び該細胞侵襲用プローブを有する細胞侵襲装置、並びに、細胞侵襲方法に関するものである。 In the fields related to life science field, regenerative medicine, and the like, the present invention provides cells for introducing various solutions into cells, introducing substances such as sperm and eggs, and sucking contents in cells. The present invention relates to a cell invasion probe that invades inside, a cell invasion device having the cell invasion probe, and a cell invasion method.
近年、ライフサイエンス分野、再生医療やゲノム創薬等の分野において、細胞に遺伝子や各種の薬剤を導入して、細胞の性質を改変することが行われている。これは、タンパク質発現や細胞動態(細胞の大きさ、形や細胞そのものの動き等の変化)を観察することで、遺伝子機能の解析等を行うためである。
また、細胞生物学の分野においても、1つ1つの細胞の個性を調べる研究が行われるようになっており、1つの細胞での遺伝子発現変化等を観察するために、生きた細胞から僅かな量の生体分子を取り出して解析する技術が不可欠なものとされている。
このように、1つ1つの細胞に各種の溶液を導入したり、精子、卵子等の物質を導入したり、細胞内から生体分子等の内容物を吸引して採取したりすることが、近年では頻繁に行われている。
In recent years, in the fields of life science, regenerative medicine, genomic drug discovery, etc., it has been practiced to introduce genes and various drugs into cells to modify the properties of the cells. This is because the gene function is analyzed by observing protein expression and cell dynamics (changes in cell size, shape, cell movement, etc.).
Also, in the field of cell biology, research has been conducted to examine the individuality of each cell, and in order to observe changes in gene expression in a single cell, Techniques for extracting and analyzing quantities of biomolecules are indispensable.
As described above, in recent years, various solutions have been introduced into individual cells, substances such as sperm and ovum have been introduced, and contents such as biomolecules have been aspirated and collected from within cells. It is done frequently.
ところで、細胞への導入方法としては、様々な方法が提供されている。例えば、電気刺激を利用した導入方法や、電荷の差異を利用した導入方法や、リポソームを利用した導入方法等が知られている。しかしながら、これらの方法は、一般的に1個の細胞をターゲットにすることができず、複数の細胞に対して統計的に導入を処理するものであった。具体的には、電気刺激やpHの調整等によって、細胞膜(脂質二分子膜)を一時的に破壊することによって細胞膜内への導入を促すものであった。そのため、上述したニーズに対応することができなかった。 By the way, various methods are provided as introduction methods into cells. For example, an introduction method using electrical stimulation, an introduction method using a difference in electric charge, an introduction method using a liposome, and the like are known. However, these methods generally cannot target a single cell and statistically process the introduction of multiple cells. Specifically, the cell membrane (lipid bimolecular membrane) is temporarily destroyed by electrical stimulation, pH adjustment, or the like to promote introduction into the cell membrane. Therefore, it was not possible to meet the needs described above.
一方、単一細胞を対象とした導入方法として、所望する細胞にガラスキャピラリー等の微小針を挿入して、各種溶液や卵子等の物質を導入する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、1個の細胞に対してのみ導入を行うことができるので、上述したニーズに対応することが可能な方法である。
しかしながら、上記従来の方法では以下の課題が残されていた。
即ち、微小針を利用する方法は、該微小針を細胞に侵襲させる(刺す)ことで、各種の溶液や物質を導入したり、細胞内から生体分子等の物質を吸引して採取したりする方法であるが、図13に示すように、微小針30を細胞Sに刺したときに、穴が開く前に細胞Sが自身の軟性(弾性)により凹んでしまい、微小針30が確実に細胞S内に侵入したか否かを判断することが困難なものであった。
However, the following problems remain in the conventional method.
That is, in the method using a microneedle, the microneedle is invaded (stabbed) into a cell to introduce various solutions and substances, or to collect a substance such as a biomolecule from the inside of the cell. In this method, as shown in FIG. 13, when the
また、仮に細胞S内への侵襲ができたとしても、図14に示すように、細胞Sに対して十分に小さくない微小針30が細胞膜S1を物理的に突き破って内部に侵襲するので、細胞S自体を破壊する可能性があった。また、細胞膜S1に存在する各種タンパク質を微小針30と一緒に、細胞S内に混入させる恐れもあった。更に、微小針30を細胞Sから引き上げる際にも、図15に示すように、細胞Sから細胞膜S1の一部を奪い取ってしまう恐れがあった。これは、細胞Sから微小針30を引き抜く際に、微小針30に付着した細胞膜S1の一部が微小針30と一緒に引き抜かれてしまうからである。
Even if the invasion into the cell S is possible, the
このように従来の方法では、細胞膜S1表面に存在する各種タンパク質(Gタンパクを代表とする膜タンパク質等)や糖鎖糖を物理的に破壊したり、微小針30と一緒に引き抜いてしまったりする恐れがあった。そのため、細胞S投入した後に期待される細胞分裂や、細胞S内部でのタンパク合成等が阻害されてしまうという問題があった。特に、哺乳類等においては、この現象が顕著なものであった。
As described above, in the conventional method, various proteins (membrane proteins such as G protein) and sugar chains existing on the surface of the cell membrane S1 are physically destroyed or pulled out together with the
一方、細胞S内に含まれる物質を観察したいというニーズが近年高まってきている。一般的な高分解能観察においては、光学顕微鏡を利用する手法が代表的であるが、高分解能とはいえ、やはり分解能に限界があり、細胞S内を正確に観察することは困難であった。そのため、光学顕微鏡に代わる方法として、細胞Sを乾燥させた後にレプリカ法等によってSEM(走査形電子顕微鏡:Scanning Electron Microscope)による高分解能観察を行ったり、細胞Sを凍結させた後にSEMによって観察を行ったりする等の手法が用いられてきた。 On the other hand, the need to observe substances contained in the cells S has been increasing in recent years. In general high-resolution observation, a technique using an optical microscope is representative. However, although the resolution is high, the resolution is still limited, and it is difficult to accurately observe the inside of the cell S. Therefore, as an alternative to the optical microscope, after the cells S are dried, high-resolution observation is performed with a replica method or the like using a SEM (Scanning Electron Microscope), or the cells S are frozen and then observed with the SEM. The technique of performing etc. has been used.
しかしながらこれらの方法は、細胞Sを一旦死滅させた後に観察を行う方法であるので、正確な観察を行うことができなかった。また、生きたままの状態による経時的な観察に関しても行うことができなかった。
なお、細胞S内部に蛍光物質を導入した一分子蛍光観察も考えられるが、この手法は対象とした一分子又はその集団の蛍光を追跡することによる観察手法であり、形態学的な知見が得られるものではなかった。
However, since these methods are methods for observation after the cells S are once killed, accurate observation cannot be performed. In addition, it was not possible to observe over time due to the state of being alive.
Although single-molecule fluorescence observation in which a fluorescent substance is introduced into the cell S is also conceivable, this method is an observation method by tracking the fluorescence of a single molecule or a group thereof, and morphological knowledge is obtained. It wasn't something that could be done.
そこで、微小針30に代えて、先端に探針を有する走査型プローブ顕微鏡のプローブを細胞S内に侵襲させ、該プローブを利用して観察する方法が考えられる。しかしながら、この場合であっても、プローブを侵襲させる際に細胞Sが死滅する可能性があった。また、細胞Sが死滅しない場合であっても、図16に示すように、プローブ先端の探針31をスキャンさせる際に、探針31が細胞膜S1にダメージを与えてしまうと共に、細胞膜S1から探針31が微小な抵抗を受けてしまうので、正確な観察を行うことができなかった。
Therefore, instead of the
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、細胞膜に与える影響を極力抑えながら、死滅させることなく細胞内に侵襲することができると共に、細胞内の内容物を生きたままの状態で正確に観察することができる細胞侵襲用プローブ及び該細胞侵襲用プローブを有する細胞侵襲装置、並びに、細胞侵襲方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to be able to invade cells without killing them while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible. It is an object to provide a cell invasion probe that can be accurately observed in a living state, a cell invasion device having the cell invasion probe, and a cell invasion method.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る細胞侵襲用プローブは、液中にて基板上に培養されている細胞に対向配置されると共に、基板表面に平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動可能な細胞侵襲用プローブであって、先端が先鋭化され、前記細胞内に穿刺される探針と、該探針を片持ち状態に支持するレバー部と、前記探針の外表面上に形成された脂質二分子膜とを備え、前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The probe for cell invasion according to the present invention is disposed opposite to cells cultured on a substrate in a liquid and is relatively movable in an XY direction parallel to the substrate surface and a Z direction orthogonal to the XY direction. A probe for cell invasion, which is formed on the outer surface of the probe, the probe having a sharp tip, punctured into the cell, a lever portion that supports the probe in a cantilever state, and the probe A lipid bilayer membrane, and when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.
この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、レバー部によって支持された探針の外表面上に、細胞表面の細胞膜と同じ構成の脂質二分子膜が形成されている。つまり、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部同士を内側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が探針の外表面に複数形成されることで脂質二分子膜が形成されている。
そのため、探針と細胞とをXY方向及びZ方向に向けて相対的に移動させて、探針を細胞に近づけると、まず探針の外表面に形成された脂質二分子膜が細胞膜に接触する。すると細胞膜は、該細胞膜と同じ構成である脂質二分子膜と融合し始め、細胞膜と脂質二分子膜とが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜が脂質二分子膜に引っ張られて、探針の外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜が細胞膜に引っ張られて、細胞膜に移動し始める。このように、細胞膜と脂質二分子膜とが、相互に移動し合って融合する。これにより、探針を細胞内に押し込むにつれて、細胞膜及び脂質二分子膜を探針の外表面上に押し退けることができる。
In the cell invasion probe according to the present invention, a lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane on the cell surface is formed on the outer surface of the probe supported by the lever portion. In other words, a single amphiphilic molecule having both hydrophilic and hydrophobic properties is arranged into two molecules with the hydrophobic portions inside, and a plurality of these two molecules are present on the outer surface of the probe. As a result, a lipid bilayer is formed.
Therefore, when the probe and the cell are relatively moved in the XY direction and the Z direction and the probe is brought close to the cell, the lipid bilayer film formed on the outer surface of the probe first comes into contact with the cell membrane. . Then, the cell membrane begins to fuse with the lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane, and the cell membrane and the lipid bilayer membrane gradually begin to integrate. That is, the cell membrane is pulled by the lipid bilayer membrane and starts moving to the outer surface of the probe, and the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and starts moving to the cell membrane. In this way, the cell membrane and the lipid bilayer membrane move and fuse with each other. Thereby, as the probe is pushed into the cell, the cell membrane and the lipid bilayer can be pushed away onto the outer surface of the probe.
よって、細胞膜を物理的に突き破ることなく、探針部分のみを細胞内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞を死滅させることなく探針を細胞内に入れて侵襲させることができる。特に、従来のように細胞を物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜と細胞膜とを融合させて一体化できるので、探針を穿刺するにあたり、細胞が凹んで探針から逃げてしまうことがない。この点からも、細胞に刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜を細胞内に混入させてしまうこともない。 Therefore, only the probe portion can be punctured into the cell without physically breaking through the cell membrane. Therefore, unlike the conventional one, the influence on the cell membrane can be suppressed as much as possible, and the probe can be placed in the cell and invaded without killing the cell in culture. In particular, instead of physically puncturing the cells as in the past, the lipid bilayer membrane and the cell membrane can be fused and integrated, so when puncturing the probe, the cells will dent and escape from the probe There is nothing. Also from this point, it is possible to reliably invade without affecting the cells such as stimulation. In addition, the cell membrane is not mixed into the cell as in the prior art.
上述したように、この細胞侵襲用プローブによれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲できるので、細胞膜に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針によって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。 As described above, according to this cell invasion probe, since it can invade into the cell without being killed while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible, various probes can be used without affecting the various proteins present on the cell membrane. It is possible to make it possible to perform a measurement that has been difficult with the prior art.
また、探針を細胞内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針の外表面に形成されている脂質二分子膜は、細胞膜と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて探針と共に移動し難い状態となっている。そのため、探針を引き抜くと、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて細胞側に残り易く、主に探針だけを引き抜くことができる。なお、探針側の膜残りの制御は、引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜を引き抜くことなく、探針を細胞内から引き抜くことができる。従って、探針を引き抜いた後であっても、細胞を死滅させることがない。また、探針を引き抜くにつれて、細胞膜は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞の表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜は、その一部が細胞側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜となる。
Further, even when the probe is pulled out from the cell, there is no fear that the cell membrane is pulled out as in the conventional case. In other words, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe is already integrated with the cell membrane, so that the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and hardly moves with the probe. It has become. Therefore, when the probe is pulled out, the lipid bilayer membrane is easily pulled by the cell membrane and remains on the cell side, and only the probe can be pulled out mainly. The control of the film residue on the probe side can be performed by an operation such as changing the pulling speed.
As a result, the probe can be extracted from the cell without extracting the cell membrane. Therefore, even after the probe is pulled out, the cells are not killed. Further, as the probe is pulled out, the cell membrane gradually begins to return to its original state, so that the cell surface can be covered again. A part of the lipid bilayer membrane may remain on the cell side, but in this case, it becomes a cell membrane as it is.
また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明の細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針の外表面が、親水化処理がされていることを特徴とするものである。 The probe for cell invasion according to the present invention is characterized in that, in the probe for cell invasion according to the present invention, the outer surface of the probe is subjected to a hydrophilic treatment.
この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針の外表面が親水化処理されて濡れ性が向上しているので、脂質二分子膜と外表面との密着性を向上することができる。従って、脂質二分子膜が途中で剥がれてしまうことがなく、プローブの信頼性を向上することができる。 In the probe for cell invasion according to the present invention, the outer surface of the probe is hydrophilized and the wettability is improved, so that the adhesion between the lipid bilayer membrane and the outer surface can be improved. Therefore, the lipid bilayer membrane is not peeled off in the middle, and the reliability of the probe can be improved.
また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明の細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されていることを特徴とするものである。 Moreover, the probe for cell invasion according to the present invention is the above probe for cell invasion according to the present invention, wherein the probe has a tube having an opening at the distal end extending from the distal end side to the proximal end side. It is characterized by.
この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針を細胞内に侵襲させた後、管路を介して細胞内に所定の物質、例えば、薬液、DNA溶液、精子や卵子等を導入したり、細胞内から内容物、即ち細胞を構成する各種物質を吸引したりすることができる。このように、管路を利用することで、容易且つ確実に、多種多用の細胞計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測やイオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。 In the probe for cell invasion according to the present invention, after invading the probe into the cell, a predetermined substance, for example, a drug solution, a DNA solution, a sperm, an egg, or the like is introduced into the cell via the conduit, The contents, that is, various substances constituting the cell can be aspirated from inside the cell. As described above, by using the pipe line, various types of cell measurement (for example, electrical stimulation reaction measurement and ion measurement by introducing a conductive fluid) can be easily and reliably performed. Analysis can be performed. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed.
また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブにおいて、前記探針の先端と前記脂質二分子膜との間には、前記細胞内に投入する特定物質が予め担持されていることを特徴とするものである。 Further, the cell invasion probe according to the present invention is the specific substance to be introduced into the cell between the tip of the probe and the lipid bilayer in the cell invasion probe of the present invention. Is previously supported.
この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、探針の先端と脂質二分子膜との間に、予め特定物質が担持されているので、探針を細胞内に侵襲させた後、確実且つ速やかにこの特定物質を細胞内に投入することができる。よって、細胞の反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針を細胞内に侵襲するだけで、特定物質を直ちに投入できるので使い易い。 In the probe for cell invasion according to the present invention, since the specific substance is previously supported between the tip of the probe and the lipid bilayer, the probe is reliably and promptly invaded after invading the cell into the cell. This specific substance can be introduced into cells. Therefore, it is possible to perform further multilateral analyzes such as observing cell reactions. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed. In addition, it is easy to use because a specific substance can be introduced immediately by invading the probe into the cell.
また、本発明に係る細胞侵襲用プローブは、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブにおいて、前記脂質二分子膜が、リン脂質又は糖脂質の両親媒性分子からなる膜であることを特徴とするものである。 Further, the cell invasion probe according to the present invention is characterized in that, in the cell invasion probe of the present invention, the lipid bilayer membrane is a membrane composed of an amphipathic molecule of phospholipid or glycolipid. It is what.
この発明に係る細胞侵襲用プローブにおいては、脂質二分子膜が、リン脂質(スフィンゴリン脂質、グリセロリン脂質)又は、糖脂質(スフィンゴ糖脂質、グリセロ糖脂質)の両親媒性分子からなる膜とされている。具体的には、ホスファチジルエタノールアミン、フォスファチジルセリン、フォスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、コレステロール、ガラクトセレブロシド、GM1ガングリオシド、シアル酸(NANA)等の両親媒性分子からなる膜とされている。 In the probe for cell invasion according to the present invention, the lipid bilayer membrane is a membrane composed of phospholipid (sphingophospholipid, glycerophospholipid) or an amphipathic molecule of glycolipid (sphingoglycolipid, glyceroglycolipid). ing. Specifically, it is a membrane composed of amphipathic molecules such as phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, phosphatidylcholine, sphingomyelin, cholesterol, galactocerebroside, GM1 ganglioside, sialic acid (NANA).
また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲用プローブと、該細胞侵襲用プローブと前記基板とを前記XY方向及び前記Z方向に相対移動させて、前記探針を前記細胞に穿刺させる移動手段と、前記細胞を観察する観察手段とを備えていることを特徴とするものである。 Further, the cell invasive device according to the present invention is the probe according to any one of the cell invasive probes according to the present invention, the cell invasive probe and the substrate which are relatively moved in the XY direction and the Z direction. A moving means for puncturing the cell and an observation means for observing the cell.
この発明に係る細胞侵襲装置においては、移動手段により細胞侵襲用プローブと基板とを、XY方向及びZ方向に向けて適宜相対的に移動させることで、狙った細胞内に探針を確実に侵襲することができる。この際、観察手段で細胞を観察できるので、より正確に侵襲を行うことができる。また、侵襲後の細胞の動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。 In the cell invasion device according to the present invention, the probe is securely invaded into the targeted cell by appropriately moving the cell invasion probe and the substrate in the XY direction and the Z direction by the moving means. can do. At this time, since the cells can be observed by the observation means, the invasion can be performed more accurately. In addition, it is possible to perform accurate analysis by observing the kinetics of cells after invasion in a living state.
また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明の細胞侵襲装置において、前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整手段を備えていることを特徴とするものである。 The cell invasive device according to the present invention is characterized in that in the cell invasive device of the present invention described above, there is provided an environment adjusting means for adjusting the surrounding environment of the cell to a predetermined environmental condition.
この発明に係る細胞侵襲装置においては、環境調整手段により、培養されている細胞の周囲環境、例えば、温度、湿度、気圧や二酸化炭素濃度等を、所定の環境条件に調整することができる。よって、細胞の種類等に応じて、環境を最適な状態に調整することができる。従って、より正確に細胞の観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。 In the cell invasive device according to the present invention, the environment surrounding the cells being cultured, for example, temperature, humidity, atmospheric pressure, carbon dioxide concentration, etc. can be adjusted to predetermined environmental conditions by the environment adjusting means. Therefore, the environment can be adjusted to an optimum state according to the type of cell. Therefore, the cells can be observed more accurately, and can be analyzed by long-term observation.
また、本発明に係る細胞侵襲装置は、上記本発明の細胞侵襲装置において、前記レバー部の撓みを測定する変位測定手段を備えていることを特徴とするものである。 The cell invasive device according to the present invention is characterized in that in the cell invasive device of the present invention described above, a displacement measuring means for measuring the deflection of the lever portion is provided.
この発明に係る細胞侵襲装置においては、変位測定手段によりレバー部の撓みを測定できるので、細胞への侵襲や細胞からの引き抜きがされたか否かをより正確に判断することができる。また、探針を細胞内に侵襲させた状態で、細胞内をAFM観察することができる。従って、細胞内に含まれる各種の細胞物質を、生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜と細胞膜とが融合しているので、探針を走査したとしても、従来のように細胞膜にダメージを与えることはない。 In the cell invasion device according to the present invention, since the deflection of the lever portion can be measured by the displacement measuring means, it is possible to more accurately determine whether or not the cell is invaded or pulled out. In addition, AFM observation can be performed with the probe invaded into the cell. Therefore, various cellular substances contained in the cells can be observed with high resolution and high accuracy in a living state. In particular, since the lipid bilayer membrane and the cell membrane are fused, even if the probe is scanned, the cell membrane is not damaged as in the prior art.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、レバー部に片持ち状態に支持され、先端が先鋭化された探針を液中にて基板上に培養されている細胞に穿刺させる細胞侵襲方法であって、前記探針の外表面上に脂質二分子膜を形成する脂質膜形成工程と、該脂質膜形成工程後、前記細胞を観察しながら該細胞上に前記探針を移動させる移動工程と、該移動工程後、前記探針と前記細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺させる穿刺工程とを備え、前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とするものである。 The cell invasion method according to the present invention is a cell invasion method in which a probe that is supported in a cantilever state by a lever portion and has a sharpened tip is punctured into a cell cultured on a substrate in a liquid. A lipid film forming step of forming a lipid bilayer on the outer surface of the probe, and a moving step of moving the probe over the cell while observing the cell after the lipid film forming step, A puncturing step in which the probe and the cell are brought close to each other after the moving step to puncture the cell with the probe, and when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is It is characterized by being fused and integrated into the cell membrane.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、まず脂質膜形成工程により、レバー部に片持ち状に支持された探針の外表面上に、細胞表面の細胞膜と同じ構成の脂質二分子膜を形成する。形成方法としては、例えば、予め脂質膜を展開した水溶液に探針を浸漬させた後、ゆっくり引き上げることで、探針の外表面に脂質二分子膜を付着させて形成する。つまり、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部同士を内側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が複数形成されることで脂質二分子膜が形成される。 In the cell invasion method according to the present invention, first, a lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane on the cell surface is formed on the outer surface of the probe supported in a cantilever manner on the lever portion by a lipid membrane formation step. . As a formation method, for example, the tip is immersed in an aqueous solution in which a lipid membrane is spread in advance, and then slowly lifted to attach the lipid bilayer to the outer surface of the probe. In other words, a single amphiphilic molecule having both hydrophilic and hydrophobic properties is arranged in a state where the hydrophobic parts are inside each other to form two molecules, and a plurality of these two molecules are formed to form a lipid. A bilayer is formed.
次いで、培養されている細胞を観察しながら、目的の細胞上に探針を移動させる移動工程を行う。この際、細胞を観察しているので、探針を目的の細胞上に正確に位置決めすることができる。 Next, a moving step of moving the probe onto the target cell is performed while observing the cultured cell. At this time, since the cell is observed, the probe can be accurately positioned on the target cell.
次いで、この状態から探針と細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺する穿刺工程を行う。この穿刺工程を行うにあたり、探針と細胞とを接近させていくと、まず探針の外表面に形成された脂質二分子膜が細胞膜に接触する。すると細胞膜は、該細胞膜と同じ構成である脂質二分子膜と融合し始め、細胞膜と脂質二分子膜とが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜が脂質二分子膜に引っ張られて、探針の外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜が細胞膜に引っ張られて、細胞膜に移動し始める。このように、細胞膜と脂質二分子膜とが、相互に移動し合って融合する。これにより、探針を細胞内に押し込むにつれて、細胞膜及び脂質二分子膜を探針の外表面上に押し退けることができる。 Next, a puncturing step is performed in which the probe and the cell are brought close to each other from this state to puncture the cell with the probe. In carrying out this puncturing step, when the probe and the cell are brought close to each other, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe first comes into contact with the cell membrane. Then, the cell membrane begins to fuse with the lipid bilayer membrane having the same configuration as the cell membrane, and the cell membrane and the lipid bilayer membrane gradually begin to integrate. That is, the cell membrane is pulled by the lipid bilayer membrane and starts moving to the outer surface of the probe, and the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and starts moving to the cell membrane. In this way, the cell membrane and the lipid bilayer membrane move and fuse with each other. Thereby, as the probe is pushed into the cell, the cell membrane and the lipid bilayer can be pushed away onto the outer surface of the probe.
よって、細胞膜を物理的に突き破ることなく、探針部分のみを細胞内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞を死滅させることなく探針を細胞内に入れて侵襲させることができる。特に、従来のように細胞を物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜と細胞膜とを融合させて一体化できるので、探針を穿刺するにあたり、細胞が凹んで探針から逃げてしまうことがない。この点からも、細胞に刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜を細胞内に混入させてしまうこともない。 Therefore, only the probe portion can be punctured into the cell without physically breaking through the cell membrane. Therefore, unlike the conventional one, the influence on the cell membrane can be suppressed as much as possible, and the probe can be placed in the cell and invaded without killing the cell in culture. In particular, instead of physically puncturing the cells as in the past, the lipid bilayer membrane and the cell membrane can be fused and integrated, so when puncturing the probe, the cells will dent and escape from the probe There is nothing. Also from this point, it is possible to reliably invade without affecting the cells such as stimulation. In addition, the cell membrane is not mixed into the cell as in the prior art.
上述したように、この細胞侵襲方法によれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲できるので、細胞膜に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針によって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。 As described above, according to this cell invasion method, it is possible to invade into the cell without killing it while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible. Therefore, without affecting the various proteins existing on the cell membrane, Measurement can be performed, which was difficult in the prior art.
また、探針を細胞内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針の外表面に形成されている脂質二分子膜は、細胞膜と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて探針と共に移動し難い状態となっている。そのため、探針を引き抜くと、脂質二分子膜は細胞膜に引っ張られて細胞側に残り易く、主に探針だけを引き抜くことができる。なお、探針側の膜残りの制御は、引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜を引き抜くことなく、探針を細胞内から引き抜くことができる。従って、探針を引き抜いた後であっても、細胞を死滅させることがない。また、探針を引き抜くにつれて、細胞膜は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞の表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜は、その一部が細胞側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜となる。
Further, even when the probe is pulled out from the cell, there is no fear that the cell membrane is pulled out as in the conventional case. In other words, the lipid bilayer membrane formed on the outer surface of the probe is already integrated with the cell membrane, so that the lipid bilayer membrane is pulled by the cell membrane and hardly moves with the probe. It has become. Therefore, when the probe is pulled out, the lipid bilayer membrane is easily pulled by the cell membrane and remains on the cell side, and only the probe can be pulled out mainly. The control of the film residue on the probe side can be performed by an operation such as changing the pulling speed.
As a result, the probe can be extracted from the cell without extracting the cell membrane. Therefore, even after the probe is pulled out, the cells are not killed. Further, as the probe is pulled out, the cell membrane gradually begins to return to its original state, so that the cell surface can be covered again. A part of the lipid bilayer membrane may remain on the cell side, but in this case, it becomes a cell membrane as it is.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明の細胞侵襲方法において、前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の外表面を親水化処理する親水化工程を行うことを特徴とするものである。 The cell invasion method according to the present invention is characterized in that, in the cell invasion method of the present invention, a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the probe is performed before the lipid film formation step. Is.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、親水化工程により、探針の外表面を親水化処理して濡れ性を向上させるので、脂質二分子膜と外表面との密着性を向上することができる。従って、脂質二分子膜が途中で剥がれてしまうことがなく、プローブの信頼性を向上することができる。 In the cell invasion method according to the present invention, the outer surface of the probe is hydrophilized by the hydrophilization step to improve the wettability, so that the adhesion between the lipid bilayer membrane and the outer surface can be improved. . Therefore, the lipid bilayer membrane is not peeled off in the middle, and the reliability of the probe can be improved.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明の細胞侵襲方法において、前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されており、前記穿刺工程後、前記管路を利用して前記細胞内に所定の物質を導入、若しくは、細胞内から内容物を吸引する導入吸引工程を備えていることを特徴とするものである。 In the cell invasion method according to the present invention, in the cell invasion method according to the present invention, a tube having an opening at a distal end is formed on the probe from the distal end side to the proximal end side. After the step, an introduction suction step of introducing a predetermined substance into the cell using the pipe line or sucking the contents from the cell is provided.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、探針を細胞内に侵襲させた後、導入吸引工程を行うことで、管路を介して細胞内に所定の物質、例えば、薬液、DNA溶液、精子や卵子等を導入したり、細胞内から内容物、即ち細胞を構成する各種物質を吸引したりすることができる。このように、導入吸引工程を行うことで、容易且つ確実に多種多様な細胞計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測やイオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。 In the cell invasion method according to the present invention, after infiltrating the probe into the cell, an introduction and suction step is performed, so that a predetermined substance such as a drug solution, a DNA solution, sperm, An egg or the like can be introduced, or the contents, that is, various substances constituting the cell can be aspirated from inside the cell. As described above, by performing the introduction and suction step, it is possible to easily and surely perform a wide variety of cell measurements (for example, electrical stimulation reaction measurement or ion measurement by introducing a conductive fluid), and more versatile. Analysis can be performed. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の先端に前記細胞内に投入する特定物質を予め担持させる担持工程を行い、前記穿刺工程時に、前記特定物質を前記細胞内に投入することを特徴とするものである。 Further, the cell invasion method according to the present invention is the cell invasion method according to any one of the above-described present invention, wherein the specific substance to be introduced into the cell is supported in advance at the tip of the probe before the lipid film forming step. A carrying step is performed, and the specific substance is introduced into the cell during the puncturing step.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、担持工程により探針の先端に予め特定物質を担持しているので、穿刺工程時に確実且つ速やかにこの特定物質を細胞内に投入することができる。よって、細胞の反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞を死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針を細胞内に侵襲するだけで、特定物質を直ちに投入できるので使い易い。 In the cell invasion method according to the present invention, since the specific substance is supported in advance on the tip of the probe by the supporting process, the specific substance can be reliably and promptly introduced into the cell during the puncturing process. Therefore, it is possible to perform further multilateral analyzes such as observing cell reactions. In particular, since the analysis can be performed without killing the cells, an accurate analysis can be performed. In addition, it is easy to use because a specific substance can be introduced immediately by invading the probe into the cell.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記穿刺工程後、前記探針を前記細胞内で走査させて細胞内をAFM観察する観察工程とを備えていることを特徴とするものである。 Further, the cell invasion method according to the present invention includes the observation step of performing AFM observation of the inside of the cell by scanning the probe inside the cell after the puncturing step in the cell invasion method according to any one of the present invention. It is characterized by that.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、細胞内に侵襲させた探針を細胞内で走査させて、細胞内をAFM観察する観察工程を行うことで、細胞内に含まれる各種の細胞物質を生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜と細胞膜とが融合しているので、探針を走査したとしても細胞膜が外表面上に逃げていく。従って、従来のように細胞膜にダメージを与えることはない。 In the cell invasion method according to the present invention, various types of cellular substances contained in the cells are made alive by performing an observation process of scanning the inside of the cells with a probe invaded into the cells and observing the inside of the cells with AFM. It can be observed with high resolution and high accuracy as it is. In particular, since the lipid bilayer membrane and the cell membrane are fused, the cell membrane escapes on the outer surface even when the probe is scanned. Therefore, the cell membrane is not damaged as in the prior art.
また、本発明に係る細胞侵襲方法は、上記本発明のいずれかの細胞侵襲方法において、前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整工程を備えていることを特徴とするものである。 The cell invasion method according to the present invention is characterized in that, in any of the above cell invasion methods of the present invention, an environment adjustment step for adjusting the surrounding environment of the cell to a predetermined environmental condition is provided. is there.
この発明に係る細胞侵襲方法においては、環境調整工程により、培養されている細胞の周囲環境、例えば、温度、湿度、気圧や二酸化炭素濃度等を、所定の環境条件に調整することができる。よって、細胞の種類等に応じて、環境を最適な状態に調整することができる。従って、より正確に細胞の観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。 In the cell invasion method according to the present invention, it is possible to adjust the surrounding environment of the cultured cells, for example, temperature, humidity, atmospheric pressure, carbon dioxide concentration, etc., to predetermined environmental conditions by the environmental adjustment step. Therefore, the environment can be adjusted to an optimum state according to the type of cell. Therefore, the cells can be observed more accurately, and can be analyzed by long-term observation.
本発明に係る細胞侵襲用プローブ及び細胞侵襲方法によれば、細胞膜に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞内に侵襲することができる。
また、本発明に係る細胞侵襲装置によれば、上記細胞侵襲用プローブを備えているので、細胞の動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。
According to the cell invasion probe and the cell invasion method according to the present invention, it is possible to invade into a cell without killing it while suppressing the influence on the cell membrane as much as possible.
Moreover, according to the cell invasive device according to the present invention, since the cell invasive probe is provided, it is possible to perform accurate analysis by observing the kinetics of the cell as it is.
以下、本発明に係る細胞侵襲用プローブ、細胞侵襲装置及び細胞侵襲方法の一実施形態について、図1から図12を参照して説明する。
本実施形態の細胞侵襲装置1は、図1に示すように、液中で細胞Sを培養するセル(基板)2と、細胞侵襲用プローブ3を有する走査型プローブ顕微鏡4と、細胞Sを観察する光学顕微鏡5を有する光学装置(観察手段)6とを組み合わせた装置である。
Hereinafter, an embodiment of a cell invasion probe, a cell invasion device, and a cell invasion method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
走査型プローブ顕微鏡4は、細胞Sに対向配置された細胞侵襲用プローブ3と、該細胞侵襲用プローブ3とセル2とを、セル2の底面(基板表面)に平行なXY方向及びこれらXY方向に垂直なZ方向に相対移動させて、細胞侵襲用プローブ3の探針3aを細胞Sに穿刺させる移動手段7と、細胞侵襲用プローブ3のレバー部3bの撓みを測定する変位測定手段8と、これら各構成品を総合的に制御する制御部9とを備えている。
The scanning probe microscope 4 includes a
上記セル2は、光学的に透明な材料により、上部が開口した断面コ形形状に形成されており、ステージ10上に保持されている。このセル2の内部には、培地(細胞Sが正常な機能を営むための要素を含む培養液)Wが貯留されており、底面に複数の細胞Sが培養されている。また、このセル2には、図示しないヒータや二酸化炭素供給部等が組み込まれており、例えば、培地Wの温度が37±0.5℃、二酸化炭素濃度が5%になるように調整されている。また、このセル2は、密閉された容器11内に収納されている。そしてこの容器11には、内部の圧力を任意の圧力(例えば、真空状態)に調整する真空ポンプ12と、容器11内に所定の湿度を持った空気を供給して湿度を調整する湿度調整部13とが接続されている。
The cell 2 is formed of an optically transparent material into a U-shaped cross section with an upper opening, and is held on the
これらヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12及び湿度調整部13によって、容器11内における細胞Sの周囲環境を培養に適した所定の環境条件に調整できるようになっている。即ち、これら容器11、ヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12及び湿度調整部13は、環境調整手段14を構成している。
なお、セル2には、図示しない管路を介して培地Wが循環するようになっており、常に新しい培地Wが供給されるようになっている。
These heater, carbon dioxide supply unit,
In addition, the culture medium W circulates in the cell 2 via a pipe line (not shown), and a new culture medium W is always supplied.
上記光学顕微鏡5は、ステージ10の下方に配置されており、ステージ10の略中心に形成された開口10aを通してセル2の下側から複数の細胞Sの培養状態を観察できるようになっている。また、この光学顕微鏡5は、観察した画像を制御部9に接続されたモニタ15に出力している。これにより、作業者は、モニタ15に表示された画像を見ながら操作部で細胞Sの位置を特定できるようになっている。即ち、これら光学顕微鏡5及びモニタ15は、上記光学装置6を構成している。なお、モニタ15は、容器11の外部に配置されている。
The optical microscope 5 is arranged below the
上記細胞侵襲用プローブ3は、先端が先鋭化され、細胞S内に穿刺される探針3aと、基端側が本体部に支持された状態で探針3aを片持ち状態に支持するレバー部3bと、探針3aの外表面上に形成された脂質二分子膜3cとで構成されている。
脂質二分子膜3cは、図2に示すように、探針3aを包み込むように該探針3aの外表面上に形成されている。この脂質二分子膜3cは、親水性、疎水性の両方の性質を持つ両親媒性の単一の分子が、疎水部P1を内側且つ親水部P2を外側にした状態で配列されて二分子となり、これら二分子が探針3aの外表面に複数形成されて膜状となったものである。
The
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の脂質二分子膜3cは、リン脂質(スフィンゴリン脂質、グリセロリン脂質)又は、糖脂質(スフィンゴ糖脂質、グリセロ糖脂質)の両親媒性分子からなる脂質膜とされている。具体的には、ホスファチジルエタノールアミン、フォスファチジルセリン、フォスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、コレステロール、ガラクトセレブロシド、GM1ガングリオシド、シアル酸(NANA)等の両親媒性分子からなる膜とされている。
The
ここで、リン脂質についてより詳細に説明すると、このリン脂質は、リン酸を親水部に持つ脂質であり、グリセリンの3つの水酸基の内端の1つにリン酸が、残りに脂肪酸がエステル結合したものである。脂肪酸は、炭素数12〜18の飽和、不飽和の炭素鎖の端にカルボン酸がついた疎水的な分子である。脂肪酸としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、アラキドン酸、リノール酸、リノレイン酸等である。 Here, the phospholipid will be described in more detail. This phospholipid is a lipid having phosphoric acid in the hydrophilic part, and phosphoric acid is ester-bonded at one of the inner ends of the three hydroxyl groups of glycerin, and the remaining fatty acid is an ester bond. It is a thing. A fatty acid is a hydrophobic molecule having a carboxylic acid at the end of a saturated or unsaturated carbon chain having 12 to 18 carbon atoms. Examples of the fatty acid include lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, palmitoleic acid, oleic acid, arachidonic acid, linoleic acid, linolenic acid, and the like.
上述した脂質二分子膜3cは、図3に示すように、細胞Sの表面を覆っている細胞膜S1と同じ構成からなる脂質膜である。そのため、探針3aを細胞Sに穿刺したときに、脂質二分子膜3cが細胞膜S1に融合して一体化するようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
The
この細胞侵襲用プローブ3は、図1に示すように、本体部3dを介してXYZスキャナ16の下面に固定された斜面ブロック17にワイヤ等により着脱自在に固定されている。この際、細胞侵襲用プローブ3は、斜面ブロック17によってセル2の底面に対してレバー部3bが所定角度傾くように固定されている。また、細胞侵襲用プローブ3は、少なくとも探針3a部分が培地Wに浸かるように位置が調整されている。
As shown in FIG. 1, the
上記XYZスキャナ16は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる圧電素子であり、容器11内に設けられている。そして、このXYZスキャナ16は、容器11の外側に配置されたドライブ回路18から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じて、XY方向(セル2の底面に対して平行な方向)及びZ方向(セル2の底面に対して垂直な方向)の3方向に対して微小移動するようになっている。これにより、細胞侵襲用プローブ3をXY方向及びZ方向に移動させることができるようになっている。即ち、XYZスキャナ16及びドライブ回路18は、上記移動手段7を構成している。
The
なお、本実施形態では、細胞侵襲用プローブ3をXYZ方向に移動させる構成としたが、この場合に限られず、ステージ10側をXYZ方向に移動させる構成としても構わない。この場合においても、スキャン方式が異なるだけで、以降に説明する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。なお、細胞侵襲用プローブ3側及びステージ10側を共にXYZ方向に移動できるように構成しても構わない。
In this embodiment, the
また、細胞侵襲用プローブ3の上方であって容器11の外側には、レーザ光Lを照射する半導体レーザ光源20と、レバー部3bの図示しない反射面で反射されたレーザ光Lを受光するレーザ受光部21とが、図示しない架台に取り付けられている。レーザ受光部21は、例えば、4分割フォトディテクタであり、レーザ光Lの入射位置に基づいて、レバー部3bの撓み変化を検出している。そして、レーザ受光部21は、検出したレバー部3bの撓み変化を撓み信号に変換した後、制御部9に出力している。即ち、これら半導体レーザ光源20及びレーザ受光部21は、上記変位測定手段8を構成している。
なお、レーザ光Lは、容器11の上部に取り付けられたウインドウ22を介して、容器11内に入射したり、容器11外に出射したりするようになっている。
Further, above the
The laser light L enters the container 11 or exits from the container 11 through a
制御部9は、レーザ受光部21から送られてきた撓み信号に応じて、ドライブ回路18を作動させるようになっている。また、この制御部9には、作業者が各種条件を入力したり、ドライブ回路18等を作動させたりするための操作部9aが接続されている。これにより作業者は、操作部9aを介してXYZスキャナ16を3次元方向に適宜移動することができるようになっている。
The
次に、このように構成された細胞侵襲装置1を利用して、探針3aを細胞S内に侵襲させると共に、細胞S内を観察する細胞侵襲方法について説明する。
本実施形態の細胞侵襲方法は、探針3aの外表面に脂質二分子膜3cを形成する脂質膜形成工程と、該脂質膜形成工程後、細胞Sを観察しながら該細胞S上に探針3aを移動させる移動工程と、該移動工程後、探針3aと細胞Sとを接近させて探針3aを細胞Sに穿刺させる穿刺工程と、該穿刺工程後、探針3aを細胞S内で走査させて細胞S内をAFM観察する観察工程とを行う方法である。また、本実施形態では、細胞Sの周囲を培養に適した所定の環境条件に調整する環境調整工程も同時に行う。以下、これら各工程について、詳細に説明する。
Next, a cell invasion method in which the
The cell invasion method of the present embodiment includes a lipid film forming step of forming a
まず初めに、脂質膜形成工程により、探針3aの外表面上に細胞膜S1と同じ構成の脂質二分子膜3cを形成する。この際の形成方法としては、例えば、予め脂質膜を展開した水溶液に探針3aを浸漬させた後、ゆっくり引き上げることで、探針3aの外表面に脂質二分子膜3cを形成することができる。
そして、脂質二分子膜3cを形成した後、細胞侵襲用プローブ3を斜面ブロック17にセットすると共に、ステージ10上にセル2をセットする。次いで、ヒータ、二酸化炭素供給部、真空ポンプ12や湿度調整部13を適宜作動させて、環境条件を培養に最適な条件に調整する環境調整工程を行う。これによって、長期的な細胞Sの培養も行うことができる。
First, a
Then, after forming the
次いで、セル2内で培養されている複数の細胞Sの培養状態を、セル2の下面側から光学顕微鏡5で観察する。そして作業者は、この観察された画像をモニタ15で確認しながら、探針3aを侵襲させる細胞Sを特定する。続いて、細胞Sの位置を特定した後、該細胞S上に探針3aを移動させる移動工程を行う。即ち、XYZスキャナ16を適宜XYZ方向に移動させて、特定した細胞S上に探針3aを位置させる。この際、光学顕微鏡5で撮像している画像をモニタ15で確認しながら行うので、探針3aを特定した細胞S上に正確に位置決めさせることができる。
Next, the culture state of the plurality of cells S cultured in the cell 2 is observed with the optical microscope 5 from the lower surface side of the cell 2. Then, the operator identifies the cell S that invades the
次いで、この状態からXYZスキャナ16をZ方向に微小移動させて探針3aと細胞Sとを接近させ、探針3aを細胞Sに穿刺する穿刺工程を行う。この穿刺工程を行うにあたり、探針3aと細胞Sとを接近させていくと、図4に示すように、まず探針3aの外表面に形成された脂質二分子膜3cが細胞膜S1に接触する。すると細胞膜S1は、該細胞膜S1と同じ構成である脂質二分子膜3cと融合し始め、細胞膜S1と脂質二分子膜3cとが徐々に一体化し始める。即ち、細胞膜S1が脂質二分子膜3cに引っ張られて探針3aの外表面に移動し始めると共に、脂質二分子膜3cが細胞膜S1に引っ張られて細胞膜S1に移動し始める。このように、細胞膜S1と脂質二分子膜3cとが、相互に移動し合って融合する。これにより、図5及び図6に示すように、探針3aを細胞S内に押し込むにつれて、細胞膜S1及び脂質二分子膜3cを探針3aの外表面上に押し退けることができる。
Next, from this state, the
その結果、図7に示すように、細胞膜S1を物理的に突き破ることなく、探針3a部分のみを細胞S内に穿刺することができる。従って、従来のものとは異なり、細胞膜S1に与える影響を極力抑えることができ、培養中の細胞Sを死滅させることなく探針3aを細胞S内に入れて侵襲させることができる。
特に、従来のように細胞Sを物理的に穿刺するのではなく、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とを融合させて一体化できるので、探針3aを穿刺するにあたり、細胞Sが凹んで探針3aから逃げてしまうことがない。この点からも、細胞Sに刺激等の影響を与えることなく、確実に侵襲を行うことができる。しかも、従来のように細胞膜S1を細胞S内に混入させてしまうこともない。
As a result, as shown in FIG. 7, only the
In particular, instead of physically puncturing the cell S as in the prior art, the
このように、本実施形態の細胞侵襲装置1及び細胞侵襲方法によれば、細胞膜S1に与える影響を極力抑えながら死滅させることなく細胞S内に侵入できるので、細胞膜S1に存在する各種タンパク質に影響を与えずに、探針3aによって各種の計測を行うという、従来技術では困難であったことを可能にすることができる。
また、光学顕微鏡5により細胞Sを観察できるので、侵襲後の細胞Sの動態を生きたままの状態で観察して、正確な解析を行うことができる。
特に本実施形態では、培養されている細胞Sの周囲環境を、培養に適した最適な環境条件に調整できるので、より正確に細胞Sの観察を行うことができると共に、長期的な観察を行って解析することができる。
Thus, according to the
Moreover, since the cell S can be observed with the optical microscope 5, the dynamics of the cell S after the invasion can be observed as it is, and an accurate analysis can be performed.
In particular, in this embodiment, since the surrounding environment of the cell S being cultured can be adjusted to the optimum environmental conditions suitable for the culture, the cell S can be observed more accurately and a long-term observation can be performed. Can be analyzed.
更に、探針3aが確実に細胞S内に侵襲したか否かに関しては、光学顕微鏡5によっても観察することができるが、本実施形態では、変位測定手段8を有する走査型プローブ顕微鏡4を備えているので、より高精度に侵襲の可否を判断することができる。
つまり、探針3aと細胞Sとを近接させることにより、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とが接触すると、脂質二分子膜3cと細胞膜S1との融合等によりレバー部3bが撓み始める。そのため、レーザ受光部21に入射するレーザ光L(反射面で反射したレーザ光L)の位置が変化する。レーザ受光部21は、この変化に応じた撓み信号を制御部9に出力する。このように、制御部9は、探針3aを穿刺する過程で生じるレバー部3bの変位を直ちに知ることができる。そして、制御部9は、この撓み信号と予め定められた規定値とを比較することで、上述したように細胞S内に侵襲したか否かを高精度に判断することができる。
Further, whether or not the
That is, when the
また、穿刺工程が終了した後、XYZスキャナ16により細胞S内に侵襲させた探針3aをXY方向に走査させて、細胞S内をAFM観察する観察工程を行う。これにより、細胞S内の内容物である各種物質、例えば、細胞核の孔や微小管、アクチンフィラメント等を、生きたままの状態で高分解能且つ高精度に観察することができる。特に、脂質二分子膜3cと細胞膜S1とが融合しているので、探針3aを走査したとしても細胞膜S1が探針3aの移動に合わせて探針3aの外表面上に逃げていく。そのため、従来のように細胞膜S1にダメージを与えることはない。
In addition, after the puncturing process is completed, the
なお、探針3aを細胞S内から引き抜く場合であっても、従来のように細胞膜S1を引き抜いてしまう恐れがない。つまり、探針3aの外表面に形成されている脂質二分子膜3cは、細胞膜S1と融合して既に一体的になっているので、脂質二分子膜3cは細胞膜S1に引っ張られて探針3aと共に移動し難い状態となっている。そのため、探針3aを引き抜くと、脂質二分子膜3cは細胞膜S1に引っ張られて細胞S側に残り易く、主に探針3aだけを引き抜くことができる。なお、探針3a側の膜残りの制御は、探針3aの引き上げスピードを変える等の動作によって行うことが可能である。
その結果、細胞膜S1を引き抜くことなく、探針3aを細胞S内から引き抜くことができる、従って、探針3aを引き抜いた後であっても、細胞Sを死滅させることはない。また、探針3aを引き抜くにつれて、細胞膜S1は徐々に元の状態に戻り始めるので、細胞Sの表面を再び覆うことができる。なお、脂質二分子膜3cは、その一部が細胞S側に残る場合があるが、この場合にはそのまま細胞膜S1となる。
Even when the
As a result, the
なお、上記実施形態において、脂質膜形成工程の前に、探針3aの外表面を親水化処理する親水化工程を行っても構わない。
具体的には、探針3aの外表面にプラズマを照射することで親水化したり、UVオゾン環境による表面改質を行うことで親水化したり、探針3aの外表面に極薄膜のSiO2膜を形成し、該SiO2膜に存在する微細クラックによる保湿効果を利用することで親水化したりする。このように各種の親水化処理を施すことで、外表面の濡れ性を向上することができ、脂質二分子膜3cと探針3aの外表面との密着性を高めることができる。従って、脂質二分子膜3cが途中で剥がれてしまうことがなく、細胞侵襲用プローブ3の信頼性を向上することができる。
In the above embodiment, a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the
Specifically, it is made hydrophilic by irradiating plasma on the outer surface of the
また、上記実施形態において、脂質膜形成工程の前に、探針3aの先端に細胞S内に投入する特定物質Nを予め担持させる担持工程を行っても構わない。この工程を行うことで、図8に示すように、探針3aの先端と脂質二分子膜3cとの間に、何らかの特定物質N(例えば卵子等)を担持させることができる。
こうすることで、穿刺工程によって探針3aを細胞S内に侵襲させた際に、図9に示すように、担持した特定物質Nを確実且つ速やかに細胞S内に投入することができる。よって、細胞Sの反応を観察する等、さらに多角的な解析を行うことができる。特に、細胞Sを死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。また、探針3aを細胞S内に侵襲するだけで、特定物質Nを直ちに投入できるので使い易い。
In the above-described embodiment, a supporting step of supporting the specific substance N to be introduced into the cell S at the tip of the
In this way, when the
また、上記実施形態において、図10に示すように、探針3aの先端に開口を有する管路3eを、先端側から基端側に亘って形成しても構わない。このような細胞侵襲用プローブ3を利用することで、より多種多用な細胞Sの計測を容易且つ確実に行うことができる。即ち、穿刺工程後に、管路3eを利用して細胞S内に所定の物質を導入、若しくは、細胞S内から内容物を吸引する導入吸引工程を行うことができる。
具体的には、図11示すように、管路3eを通じて細胞S内に薬液、DNA溶液、精子や卵子等の各種物質を容易且つ確実に導入することができる。また、図12に示すように、細胞S内から内容物である各種物質を、やはり管路3eを通じて吸引することもできる。このように導入吸引工程を行うことで、容易且つ確実に多種多用の細胞S計測(例えば、導電性流体を導入することによる電気刺激反応計測や、イオン計測等)を行うことができ、より多角的な解析を行うことができる。特に、細胞Sを死滅させることなく行えるので、正確な解析を行うことができる。
Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 10, you may form the pipe line 3e which has opening at the front-end | tip of the
Specifically, as shown in FIG. 11, various substances such as a chemical solution, a DNA solution, sperm, and an egg can be easily and reliably introduced into the cell S through the conduit 3e. In addition, as shown in FIG. 12, various substances as contents can be sucked from the cell S through the conduit 3e. By performing the introduction and suction step in this manner, various types of cell S measurements (for example, electrical stimulation reaction measurement by introducing a conductive fluid, ion measurement, etc.) can be easily and reliably performed. Analysis can be performed. In particular, since analysis can be performed without killing the cells S, accurate analysis can be performed.
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、変位測定手段8がレーザ光Lを利用した光てこ方式によりレバー部3bの撓みを測定したが、光てこ方式に限定されるものではない。例えば、レバー部3b自身に変位検出機構(例えば、ピエゾ抵抗素子等)を設けた自己検知方式によりレバー部3bの撓みを測定するように構成しても構わない。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、光学顕微鏡5を用いた場合を説明したが、細胞Sの確認と探針3aの位置合わせとを行えれば、どのような観察手段でも構わない。例えば、CCD等でも良い。但し、好ましくは生物用倒立型光学装置を用いると良い。
更に、上記実施形態では、走査型プローブ顕微鏡4と光学装置6とを組み合わせた場合を例に挙げて説明したが、走査型プローブ顕微鏡4は必須なものではない。例えば、細胞侵襲用プローブ3を有するマイクロマニュピレータと、光学装置とを組み合わせたものでも構わない。このように、細胞侵襲用プローブ3を操作して探針3aを細胞Sに穿刺させる移動手段と、細胞Sを観察する観察手段とを少なくとも備えていれば、細胞侵襲装置を構成することができる。
Moreover, although the case where the optical microscope 5 was used was demonstrated in the said embodiment, as long as the confirmation of the cell S and the alignment of the
Furthermore, in the above embodiment, the case where the scanning probe microscope 4 and the optical device 6 are combined has been described as an example, but the scanning probe microscope 4 is not essential. For example, a combination of a micromanipulator having the
N 特定物質
S 細胞
S1 細胞膜
1 細胞侵襲装置
2 セル(基板)
3 細胞侵襲用プローブ
3a 探針
3b レバー部
3c 脂質二分子膜
3e 管路
6 光学装置(観察手段)
7 移動手段
8 変位測定手段
14 環境調整手段
N specific substance S cell
3 Probe for
7 Moving means 8 Displacement measuring means 14 Environmental adjusting means
Claims (14)
先端が先鋭化され、前記細胞内に穿刺される探針と、
該探針を片持ち状態に支持するレバー部と、
前記探針の外表面上に形成された脂質二分子膜とを備え、
前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。 A cell invasion probe that is disposed opposite to cells cultured on a substrate in a liquid and is relatively movable in an XY direction parallel to the substrate surface and a Z direction orthogonal to the XY direction,
A probe whose tip is sharpened and punctured into the cell;
A lever portion for supporting the probe in a cantilever state;
A lipid bilayer formed on the outer surface of the probe,
A probe for cell invasion, characterized in that, when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.
前記探針の外表面は、親水化処理がされていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。 The probe for cell invasion according to claim 1,
A probe for cell invasion, characterized in that the outer surface of the probe is hydrophilized.
前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。 The probe for cell invasion according to claim 1 or 2,
A probe for cell invasion, characterized in that a pipe line having an opening at the tip is formed in the probe from the tip side to the base end side.
前記探針の先端と前記脂質二分子膜との間には、前記細胞内に投入する特定物質が予め担持されていることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。 The probe for cell invasion according to any one of claims 1 to 3,
A cell-invasive probe characterized in that a specific substance to be introduced into the cell is supported in advance between the tip of the probe and the lipid bilayer.
前記脂質二分子膜は、リン脂質又は糖脂質の両親媒性分子からなる膜であることを特徴とする細胞侵襲用プローブ。 The probe for cell invasion according to any one of claims 1 to 4,
The probe for cell invasion, wherein the lipid bilayer membrane is a membrane composed of amphiphilic molecules of phospholipid or glycolipid.
該細胞侵襲用プローブと前記基板とを前記XY方向及び前記Z方向に相対移動させて、前記探針を前記細胞に穿刺させる移動手段と、
前記細胞を観察する観察手段とを備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。 The cell invasion probe according to any one of claims 1 to 5,
Moving means for relatively moving the probe for cell invasion and the substrate in the XY direction and the Z direction to puncture the cell with the probe;
A cell invasion device comprising observation means for observing the cells.
前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整手段を備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。 The cell invasive device according to claim 6,
A cell invasive device comprising an environment adjusting means for adjusting an environment surrounding the cell to a predetermined environmental condition.
前記レバー部の撓みを測定する変位測定手段を備えていることを特徴とする細胞侵襲装置。 The cell invasive device according to claim 6 or 7,
A cell invasion device comprising displacement measuring means for measuring the deflection of the lever portion.
前記探針の外表面上に脂質二分子膜を形成する脂質膜形成工程と、
該脂質膜形成工程後、前記細胞を観察しながら該細胞上に前記探針を移動させる移動工程と、
該移動工程後、前記探針と前記細胞とを接近させて、探針を細胞に穿刺させる穿刺工程とを備え、
前記探針を前記細胞に穿刺したときに、前記脂質二分子膜が細胞表面の細胞膜に融合して一体化されることを特徴とする細胞侵襲方法。 A cell invasion method in which a probe that is supported in a cantilevered state by a lever part and has a sharpened tip is punctured into a cell cultured on a substrate in a liquid,
A lipid film forming step of forming a lipid bilayer on the outer surface of the probe;
After the lipid film forming step, a moving step of moving the probe onto the cell while observing the cell;
After the moving step, the probe and the cell are brought close to each other, and a puncturing step for puncturing the cell with the probe is provided.
A cell invasion method characterized in that when the probe is punctured into the cell, the lipid bilayer membrane is fused and integrated with the cell membrane on the cell surface.
前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の外表面を親水化処理する親水化工程を行うことを特徴とする細胞侵襲方法。 The cell invasion method according to claim 9,
A cell invasion method comprising performing a hydrophilization step of hydrophilizing the outer surface of the probe before the lipid film formation step.
前記探針には、先端に開口を有する管路が先端側から基端側に亘って形成されており、
前記穿刺工程後、前記管路を利用して前記細胞内に所定の物質を導入、若しくは、細胞内から内容物を吸引する導入吸引工程を備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。 The cell invasion method according to claim 9 or 10,
In the probe, a pipe having an opening at the tip is formed from the tip side to the base side,
A cell invasion method comprising an introduction and aspiration step of introducing a predetermined substance into the cell using the duct or aspirating contents from the cell after the puncturing step.
前記脂質膜形成工程の前に、前記探針の先端に前記細胞内に投入する特定物質を予め担持させる担持工程を行い、
前記穿刺工程時に、前記特定物質を前記細胞内に投入することを特徴とする細胞侵襲方法。 The cell invasion method according to any one of claims 9 to 11,
Prior to the lipid film formation step, a loading step of loading a specific substance to be introduced into the cell at the tip of the probe in advance,
A cell invasion method, wherein the specific substance is introduced into the cell during the puncturing step.
前記穿刺工程後、前記探針を前記細胞内で走査させて細胞内をAFM観察する観察工程とを備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。 The cell invasion method according to any one of claims 9 to 12,
A cell invasion method comprising: an observing step of scanning the inside of the cell with the probe after the puncturing step and observing the inside of the cell with AFM.
前記細胞の周囲環境を所定の環境条件に調整する環境調整工程を備えていることを特徴とする細胞侵襲方法。 The cell invasion method according to any one of claims 9 to 13,
A cell invasion method comprising an environment adjustment step of adjusting an ambient environment of the cell to a predetermined environmental condition.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006276291A JP4953357B2 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006276291A JP4953357B2 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008092824A JP2008092824A (en) | 2008-04-24 |
JP4953357B2 true JP4953357B2 (en) | 2012-06-13 |
Family
ID=39376355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006276291A Expired - Fee Related JP4953357B2 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4953357B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009136261A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Olympus Corp | Chip-driving device |
JP5311098B2 (en) * | 2008-05-07 | 2013-10-09 | 株式会社リコー | Protective agent for photoconductor, protective layer forming apparatus, and image forming apparatus |
JP5230300B2 (en) * | 2008-08-26 | 2013-07-10 | 日本電信電話株式会社 | Biomolecule function analysis substrate, biomolecule function analysis sample body, and biomolecule function analysis method |
KR101914375B1 (en) | 2017-05-26 | 2018-11-01 | 전북대학교산학협력단 | Non-contact protable small cell monitoring device using iot |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3461448B2 (en) * | 1998-08-28 | 2003-10-27 | オリンパス光学工業株式会社 | Specific substance introduction apparatus, observation apparatus using the same, and substance introduction method |
JP4126693B2 (en) * | 2002-08-21 | 2008-07-30 | 学校法人五島育英会 | Biosensor |
JP4213160B2 (en) * | 2004-01-21 | 2009-01-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Method and apparatus for forming a planar lipid bilayer for membrane protein analysis |
JP4625925B2 (en) * | 2004-12-10 | 2011-02-02 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Methods for introducing substances into cells |
-
2006
- 2006-10-10 JP JP2006276291A patent/JP4953357B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008092824A (en) | 2008-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7870616B2 (en) | Probe arrangement | |
CN110763752B (en) | Single cell extraction electrospray mass spectrometry system and method | |
KR100904760B1 (en) | Method and devices for non-traumatic movement of a probe through biological cell material | |
JP5512548B2 (en) | Scanning ion conductance microscopy | |
JP4051440B2 (en) | Cell manipulation device and method | |
US9387000B2 (en) | Analyte detection using a needle projection patch | |
JP4842512B2 (en) | Combined parallel drug delivery and electroporation of cellular structures and uses thereof | |
Shakoor et al. | Advanced tools and methods for single-cell surgery | |
JP4953357B2 (en) | Cell invasion probe, cell invasion device having the cell invasion probe, and detailed invasion method | |
JP2011120582A (en) | Automated apparatus for component capture, injection, and molecular analysis accompanied by observation of microregion such as cell | |
CN105164531A (en) | Nanopipette device and method for subcellular analysis | |
US8343765B2 (en) | Gene injection apparatus and gene injection method | |
EP2539720B1 (en) | Method for spatially manipulating a microscopic object and device for conducting said method | |
JP4645912B2 (en) | Biological sample manipulation method | |
JP6116965B2 (en) | Sample observation method, sample pretreatment method, and charged particle beam apparatus | |
EP4166131A1 (en) | Giant organelles recovery and use thereof | |
JP2020524001A (en) | Nanoneedle and related apparatus and method | |
Hsieh | Advancing Analytical Sciences Through Innovative Probe Designs | |
RU2777971C1 (en) | Apparatus for testing the effectiveness of biologically active substances on cells | |
JP2007319037A (en) | Device for manipulating cell and method for manipulating the cell | |
US8505544B2 (en) | Optically-implemented microsurgery system and approach | |
JP4618674B2 (en) | Invasion confirmation device | |
PACCAGNAN | CHEMO-MECHANICAL TRIGGERING OF MEMBRANE POTENTIAL AT THE SINGLE CELL LEVEL | |
Kallio et al. | JUHA HIRVONEN ESTIMATION OF INJECTION VOLUME IN CAPILLARY MICROINJECTION USING ELECTRICAL IMPEDANCE MEASUREMENT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090603 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110830 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20111027 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120306 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20120309 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120309 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4953357 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |