(57)【要約】【課題】マイクロナイフにて細胞を効率よく切断するとともに、細胞の切断後において、マイクロナイフに付着した細胞の切断部分を容易に分離する。【解決手段】細胞切断装置１は、受精卵９を含む液体を保持するシャーレ１１、マイクロナイフ１２１、マイクロナイフ１２１を振動させる振動子１２２、および、振動子１２２の振動を制御する制御ユニット１３を備え、振動子１２２によりマイクロナイフ１２１がマイクロナイフ１２１に平行な方向に振動される。細胞切断装置１では、シャーレ１１とマイクロナイフ１２１の刃との間に受精卵９を挟んだ状態でマイクロナイフ１２１を連続振動することにより受精卵９が効率よく分割される。また、受精卵９の分割後において、マイクロナイフ１２１を短時間振動させることによりマイクロナイフに付着した受精卵９の一部が容易に分離される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を切断する細胞切断装置であって、
細胞を含む液体を保持する容器と、
マイクロナイフと、
前記マイクロナイフに平行な方向に前記マイクロナイフを振動させる振動子と、
を備え、
前記容器または前記容器に対して固定された部位と前記マイクロナイフの刃との間に前記細胞が挟まれた状態で前記マイクロナイフを振動することにより前記マイクロナイフが前記細胞を切断することを特徴とする細胞切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を切断する細胞切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の組織等の切断に利用されるナイフとして、特許文献１では、切削進行方向に対して垂直な方向に超音波振動する超音波ナイフが提案されている。非特許文献１に開示されるマイクロナイフでは、変形方向が互いに直交するように３個の積層型圧電アクチュエータが組み付けられ、アクチュエータにてマイクロナイフが楕円振動されることにより、細胞に損傷を与えることなく細胞の切断が行われる。
【０００３】
また、特許文献２に開示されるマイクロナイフでは、マイクロナイフが単結晶シリコン材料にて構成されることにより、胚細胞の切断におけるタンパク質の癒着が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０５４４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８６５２８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】新井  史人、外３名、マイクロナイフによる細胞の切断、「ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集」、社団法人日本機械学会、２０００年、ｐ．７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、液体中に単独で存在する細胞を適切に切断することは困難であり、また、細胞の切断部分がマイクロナイフに付着して容易に分離することができない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、液体中の細胞を効率よく切断することを主たる目的としており、細胞の切断後において、マイクロナイフに付着した細胞の切断部分をマイクロナイフから容易に分離することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、細胞を切断する細胞切断装置であって、細胞を含む液体を保持する容器と、マイクロナイフと、前記マイクロナイフに平行な方向に前記マイクロナイフを振動させる振動子とを備え、前記容器または前記容器に対して固定された部位と前記マイクロナイフの刃との間に前記細胞が挟まれた状態で前記マイクロナイフを振動することにより前記マイクロナイフが前記細胞を切断する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体中の細胞を効率よく切断するとともに、細胞の切断後において、マイクロナイフに付着した細胞の切断部分を容易に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】細胞切断装置を示す図である。
【図２】振動子に入力されるパルス波を示す図である。
【図３】パルス波を拡大して示す図である。
【図４】他のパルス波を示す図である。
【図５】さらに他のパルス波を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一の実施の形態に係る細胞切断装置１を示す図であり、細胞切断装置１は家畜の卵細胞の切断に利用される。ここで、卵細胞とは、卵子だけでなく、卵母細胞や受精から胚盤胞に至る様々な受精卵を含む。本実施の形態では、卵細胞として牛の受精卵が利用される。細胞切断装置１はシャーレ１１、受精卵９を切断するナイフ部１２およびナイフ部１２を振動させる制御ユニット１３を備える。シャーレ１１には受精卵９を含む液体である培養液が保持される。なお、図１では受精卵９を大きく描いている。ナイフ部１２はマイクロナイフ１２１、マイクロナイフ１２１の後方に設けられた振動子１２２、および、マイクロナイフ１２１と振動子１２２とを接続する支持棹１２３を備える。マイクロナイフ１２１はシリコンの結晶により形成される。シリコンの結晶は、例えば、電鋳にて形成され、薄板状のシリコンの結晶をエッチングすることによりマイクロナイフ１２１が製造される。
【００１２】
マイクロナイフ１２１は片刃状であり、刃はマイクロナイフ１２１が伸びる方向に対して傾斜する。振動子１２２はピエゾにて形成され、マイクロナイフ１２１が伸びる方向（マイクロナイフ１２１を支持する支持棹１２３が伸びる方向でもある。）にマイクロナイフ１２１を振動させる。なお、マイクロナイフ１２１の振動方向は、マイクロナイフ１２１に平行な方向、すなわち、マイクロナイフ１２１の主面に平行な方向であればいずれの方向であってもよく、好ましくは、刃に対して１０〜４５度傾斜した方向とされる。ナイフ部１２は図示省略のマニピュレータに接続され、マニピュレータを介して操作者によりナイフ部１２が移動される。
【００１３】
制御ユニット１３は入力部１３１および振動子１２２を制御する制御部１３２を備え、入力部１３１は第１フットスイッチ１３１１および第２フットスイッチ１３１２を備える。制御ユニット１３では、操作者により第１フットスイッチ１３１１がＯＮにされることにより振動子１２２への連続振動の指示が受け付けられ、第２フットスイッチ１３１２がＯＮにされることにより振動子１２２への１回のみの短時間の振動の指示が受け付けられる。
【００１４】
制御部１３２は振動子１２２に入力される後述のパルス波の波形を選択する波形選択部１３２１、パルス波の周波数を設定する周波数設定部１３２２、波形調整部１３２３および波形の上下を反転する波形反転部１３２４を備え、これらは制御部１３２に設けられたスイッチやダイヤルを介して操作者により操作される。パルス波の波形は、波形選択部１３２１にて矩形状または鋸状のいずれかに選択可能とされ、波形が鋸状の場合には、後述するように波形調整部１３２３にて波形の傾斜部の傾きが調整可能とされる。
【００１５】
周波数設定部１３２２では、マイクロナイフ１２１を連続振動させる際のパルス波の周波数が８００Ｈｚ、４００Ｈｚ、２００Ｈｚ、１００Ｈｚ、５０Ｈｚ、２５Ｈｚまたは１２．５Ｈｚに設定される。本実施の形態では、パルス波のデューティ比が８００Ｈｚから順に５０％、２５％、１２．５％・・・と順次半減する。なお、パルス波の周波数は上記周波数以外とされてもよい。制御部１３２は、上記構成により操作者からの入力に従って振動子１２２を所望の振動波形にて連続振動または短時間振動させる。
【００１６】
図２は制御部１３２にて生成されるパルス波の一例である鋸波を示す図である。パルス波８１のパルス８１０は、垂直に立ち上がって最大電圧が僅かな時間だけ維持された後になだらかに立ち下がる。パルス８１０の電圧の最大値および最小値は適宜変更されてよい。細胞切断装置１の駆動時には、振動子１２２の振動波形がパルス波８１と同様の鋸波となり、振動子１２２は瞬時に収縮するとともに、なだらかに元の状態に戻る。このとき、マイクロナイフ１２１は、振動子１２２の動きに合わせて振動子１２２に向かう方向に瞬時に移動するとともに、振動子１２２とは反対方向になだらかに移動して元の位置に戻る。ナイフ部１２では、制御部１３２にてパルス８１０が連続的に生成されることにより、マイクロナイフ１２１が連続的に振動する。
【００１７】
図３はパルス８１０を拡大して示す図である。パルス８１０では、波形調整部１３２３（図１参照）にて、電圧がなだらかに立ち下がる傾斜部８１１の傾き（平均的な傾きを指し、最大電圧から一定の電圧まで降下する時間に置き換えることができる。）が変更可能とされる。傾きが横軸に対して大きい場合、短い破線にて示すように、波形が矩形に近くなり、短時間にて電圧が下降する。その結果、マイクロナイフ１２１の振動子１２２に向かう方向とは反対方向に移動する速度が大きくなる。
【００１８】
また、図３において長い破線にて示すように、傾斜部８１１の傾きが小さい場合、電圧はなだらかに減少し、マイクロナイフ１２１の振動子１２２に向かう方向とは反対方向に移動する速度が小さくなる。傾斜部８１１の傾きが小さく、かつ、パルス波８１の周波数が高い場合は、パルス８１０の電圧が０Ｖになる前に次のパルス８１０が発生することとなり、振動子１２２は元に戻りきらない状態から再び収縮する。このため、マイクロナイフ１２１の振幅が小さくなる。
【００１９】
図４は振動子１２２に入力される他のパルス波を示す図である。パルス波８２は図２に示す波形の上下を反転した形状の鋸波である。すなわち、パルス波８２では、電圧が瞬時に立ち下がって最小の状態が僅かな時間だけ維持され、なだらかに立ち上がる。したがって、パルス波８２の（上に凸となる）１つのパルス８２０では、電圧がなだらかに立ち上がって瞬時に立ち下がる。パルス波８２および図２のパルス波８１は図１に示す波形反転部１３２４により切り替えられる。制御部１３２からパルス波８２が出力されと、振動子１２２の振動波形も同様の鋸波となり、振動子１２２は一定の時間にてなだらかに収縮し、瞬時に元の状態に戻る。マイクロナイフ１２１も振動子１２２に向かう方向になだらかに移動し、振動子１２２とは反対方向に瞬時に移動して元の位置に戻る。
【００２０】
パルス８２０では、なだらかに立ち上がる傾斜部８２１の傾き（平均的な傾きを指し、最小電圧から一定の電圧まで上昇する時間に置き換えることができる。）が、図１に示す波形調整部１３２３により変更可能とされ、その結果、マイクロナイフ１２１の振動子１２２に向かう方向に移動する速度が変更される。傾斜部８２１の傾きが横軸に対して小さく、かつ、パルス波８２の周波数が高い場合は、パルス８２０の電圧は最大となる前に下降し、振動子１２２が収縮しきらない状態から元の状態に戻る。これにより、マイクロナイフ１２１の振幅が小さくなる。
【００２１】
以上のように、振動子１２２に鋸波が入力される場合、波形反転部１３２４により、マイクロナイフ１２１が振動子１２２に向かう方向に移動する速度と、振動子１２２に向かう方向とは反対方向に移動する速度との大小関係、すなわち、マイクロナイフ１２１の１回の振動における往路の速度と復路の速度との大小関係が変更可能とされる。
【００２２】
図５は振動子１２２に入力されるさらに他のパルス波を示す図である。パルス波８３は矩形波であり、振動子１２２の振動波形も矩形波となる。このため、振動子１２２およびマイクロナイフ１２１の速やかな伸縮が繰り返される。また、制御部１３２では、波形反転部１３２４により、パルス波８３を上下に反転したパルス波、すなわち、下に凸の矩形状のパルス波が生成可能となっている。
【００２３】
次に、細胞切断装置１による牛の受精卵９の切断について説明する。切断される受精卵９は、二分割卵または二分割直前のものであるが、既述のように、切断対象は様々な卵細胞であってよい。
【００２４】
まず、制御部１３２において操作者により振動子１２２に入力されるパルス波の波形および周波数が設定される。次に、操作者がマニピュレータを操作することにより、シャーレ１１の底面とマイクロナイフ１２１の刃との間に受精卵が挟まれる。この状態で、操作者が入力部１３１の第１フットスイッチ１３１１をＯＮにすることにより、制御部１３２において一定の周波数にてパルスが連続的に生成される。連続パルスは振動子１２２へと出力され（バースト出力）、マイクロナイフ１２１が連続振動することにより、受精卵９が２つの細胞に分割（すなわち、切断）される。以下、分割された２つの細胞をそれぞれ「分割細胞」という。２つの分割細胞は液体中にて固定されない浮遊状態となる。
【００２５】
分割が完了すると、マイクロナイフ１２１が液体中から引き上げられる。引き上げ途上において分割細胞の一方または両方がマイクロナイフ１２１に付着している場合、操作者により第２フットスイッチ１３１２がＯＮにされて制御部１３２にて生成された１つのパルスが振動子１２２へと出力される（ワンショット出力）。すなわち、振動子１２２が極短時間だけ振動する。
【００２６】
これにより、分割細胞に損傷を与えることなく、分割細胞がマイクロナイフ１２１から容易に分離される。また、短時間振動ではシャーレ１１内の液体が攪拌されないことから、分離した分割細胞が液体中を移動してしまうことが防止される。マイクロナイフ１２１に分割細胞が強く付着している場合には、第２フットスイッチ１３１２の操作が繰り返され、マイクロナイフ１２１が数回間欠的に振動される。もちろん、このような操作によっても分割細胞がマイクロナイフ１２１から分離しない場合は、第１フットスイッチ１３１１を操作することによりマイクロナイフ１２１が連続振動される。
【００２７】
以上、細胞切断装置１について説明したが、細胞切断装置１では、マイクロナイフ１２１を振動させることにより、液体中の受精卵９が効率よく分割される。また、マイクロナイフ１２１がシリコンの結晶にて形成されることから、マイクロナイフ１２１に分割細胞が付着することが低減され、マイクロナイフ１２１の劣化が防止される。また、細胞切断装置１では、振動子１２２の振動波形が矩形波と鋸波との間にて変更可能であることにより、様々な種類の細胞の様々な部位の切断に応じて適切な切断が可能とされる。
【００２８】
さらに、マイクロナイフ１２１の１回の振動における波形の傾斜部を、パルスの前方にも後方にも位置させることができ、傾斜部の傾きも変更可能であることから、さらに様々な細胞の様々な切断に適切に対応することができる。
【００２９】
すなわち、細胞切断装置１の切断対象は、様々な段階の卵細胞であってもよく、様々な動物の卵細胞や１つの体細胞であってもよく（細胞切断装置１は、液体中に独立して存在する細胞の切断に適しているが、他の細胞と接続している細胞であってもよい。）、植物の細胞や植物の受精卵等であってもよい。切断箇所は、細胞の表面や内部組織であってもよく、例えば、両生類の受精卵のゼリー層やほ乳類の受精卵の透明帯の切断（剥離および切除を含む。）にも適用可能である。この場合においても、マイクロナイフ１２１の振動を利用することにより、細胞の切断が効率よく行われるとともにマイクロナイフ１２１に付着した切断部分が容易に分離される。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、シャーレ１１の底に傾斜面を有する台を設け、マイクロナイフ１２１を大きく傾けることなく傾斜面とマイクロナイフ１２１との間にて細胞が容易に切断されてもよい。このように、シャーレ１１等の容器に対して固定された部位とマイクロナイフ１２１の刃との間に細胞を挟んだ状態にて細胞が切断されるのであれば、マイクロナイフ１２１と容器以外の構成との間にて細胞が挟まれてもよい。
【００３１】
また、細胞の切断の際には、吸引ノズルや固定用の凹部等を用いて細胞が液体中にて固定されてもよい。
【００３２】
制御部１３２では、パルス波の振動波形が上記実施の形態にて示したもの以外とされてもよい。例えば、図２に示すパルス波８１において立ち上がりがなだらかであってもよく、図４に示すパルス波８２において立ち下がりがなだらかであってもよい。この場合においても、マイクロナイフ１２１の１回の振動における往路の速度と復路の速度との大小関係が変更可能とされることにより、さらには、パルス波の立ち上がりの傾きおよび立下りの傾きが独立して変更可能とされることにより、様々な種類の細胞の様々な部位の切断に応じた適切な切断が可能となる。
【００３３】
上記実施の形態では、第２フットスイッチ１３１２が操作されることにより、１回だけマイクロナイフ１２１が振動するが、第２フットスイッチ１３１２が操作されることにより、数回（２ないし５回）だけマイクロナイフ１２１が連続的に振動してもよい。このような短時間振動によっても、シャーレ１１内の液体を攪拌することなく、切断部分をマイクロナイフ１２１から容易に分離することができる。
【００３４】
また、シャーレ１１には培養液や水等の液体が僅かに入れられて表面張力により凸状となっている状態で液体が保持されてもよく、他の形状の容器（完全に平坦であるプレートを含む。）が用いられてもよい。
【００３５】
マイクロナイフ１２１はシリコン以外の材料により形成されてもよい。振動波形も正弦波等の他の波形であってもよい。第１フットスイッチ１３１１および第２フットスイッチ１３１２は操作者からの入力を受け付ける他の入力機構であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    細胞切断装置
９    受精卵
１１    シャーレ
１２１    マイクロナイフ
１２２    振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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