(57)【要約】サンプルの細胞または細胞構造を評価する方法であって、少なくとも１つの周波数レンジに渡る、サンプルの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求め、正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて少なくとも１つの細胞を評価することを含む細胞の評価方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの細胞または細胞構造を評価する方法であって、
少なくとも１つの周波数レンジに渡る前記サンプルの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めるステップと、
前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて少なくとも１つの細胞を評価するステップと、
を備えることを特徴とする細胞の評価方法。
【請求項２】
前記周波数レンジは、連続もしくは擬似的に連続した周波数レンジまたはスペクトルであることを特徴とする請求項１記載の細胞の評価方法。
【請求項３】
前記周波数レンジは、一連の離間した周波数測定を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の細胞の評価方法。
【請求項４】
前記周波数レンジは、０．１Ｈｚから３３ＭＨｚの間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの細胞は、細菌もしくは他の単細胞生物、および、植物もしくは動物の細胞組織のような植物または動物の細胞、植物もしくは動物の細胞組織あるいは多細胞生物のような構造体のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項６】
少なくとも１つの周波数レンジにおいて、システムの基準インピーダンス応答を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項７】
前記基準インピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在しない状態における前記周波数レンジに渡る前記システムのインピーダンス応答を測定することにより求められることを特徴とする請求項６記載の細胞の評価方法。
【請求項８】
前記基準インピーダンス応答は、前記システムの初期インピーダンス応答、または、計算されたインピーダンス応答、見積もられたインピーダンス応答、あるいは、標準インピーダンス応答であることを特徴とする請求項６記載の細胞の評価方法。
【請求項９】
前記基準インピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在しない状態における類似もしくは標準化されたシステム、あるいはその両方の前記少なくとも１つの周波数レンジに渡るインピーダンス応答を測定することにより求められることを特徴とする請求項６記載の細胞の評価方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの周波数レンジに渡る、前記システムの少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答を求めることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの周波数レンジに渡る、前記システムの少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路における少なくとも１つの細胞の導入もしくは成長、あるいはその両方の後に求められることを特徴とする請求項１０記載の細胞の評価方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めるステップは、前記周波数レンジのそれぞれの周波数における前記システムの少なくとも１つのインピーダンス応答を、対応する周波数における前記システムの前記基準インピーダンス応答で除することを含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の細胞の評価方法。
【請求項１３】
前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性は、前記周波数レンジにおける正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つのピークの、周波数、ピークの大きさ、および、ピークの形状の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのピークは、少なくとも１つの細胞または細菌システムの成長段階を測定するために用いられることを特徴とする請求項１３記載の細胞の評価方法。
【請求項１５】
前記正規化されたシステムの少なくとも１つのピークの変化は、細胞または細菌の成長における変化を区別するために経時的に追跡されることを特徴とする請求項１４記載の細胞の評価方法。
【請求項１６】
周波数に対して正規化されたインピーダンスにおける少なくとも１つのピークは、細胞もしくは細菌のタイプ、または、成長段階、もしくはその両方の特性であり、前記正規化されたインピーダンスは、前記システムにおける特定の細胞、細菌、細胞組織または分子の副産物の存在を見つけ出すことに用いられることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１７】
前記正規化されたインピーダンス応答を求めるために用いられる少なくとも２つの電極は、培養媒体に浸されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１８】
培養媒体は、少なくとも１つのタイプの細胞の成長を促進するよう構成されることを特徴とする請求項１７記載の細胞の評価方法。
【請求項１９】
前記システムの前記インピーダンス応答および前記システムの細菌によるインピーダンス応答、前記システムの前記正規化されたインピーダンス応答の少なくともいずれかの測定は、交流インピーダンス技術を用いて行われることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項２０】
サンプルの細胞または細胞構造を評価するシステムであって、
前記サンプルからの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を、複数の電極を介してある周波数レンジに渡って求めることに適したコントローラに接続された少なくとも２つの電極を備え、前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて、少なくとも１つの細胞または細胞構造を評価することを特徴とする細胞の評価システム。
【請求項２１】
前記コントローラは、交流インピーダンス技術によりインピーダンスを測定するように構成されたことを特徴とする請求項２０記載の細胞の評価システム。
【請求項２２】
前記電極は、成長媒体に浸すことに適していることを特徴とする請求項２０または２１のいずれかに記載の細胞の評価システム。
【請求項２３】
前記電極は、金電極、塩化銀電極または炭素電極であることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２４】
前記電極は、埋め込み装置に装着されたか、もしくは、少なくともその一部であること、あるいは、その両方であることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２５】
前記埋め込み装置は、心臓用ステント、または、金属製の装着ティング(ting)もしくはステントに取り付けられる金属製の心臓弁もしくは生体弁、血管ステント、股関節のような埋め込み型関節の金属表面であることを特徴とする請求項２４記載の細胞の評価システム。
【請求項２６】
前記周波数レンジは、０．００１Ｈｚから３３ＭＨｚの間にあることを特徴とする請求項２０〜２５のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２７】
前記正規化されたインピーダンスを測定するために直流電圧または直流電流を用いることを特徴とする請求項２０または２２〜２５のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２８】
前記システムは、ある周波数レンジにおいて、基準インピーダンス応答を求めるように構成されたことを特徴とする請求項２０〜２６のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２９】
前記システムは、前記周波数レンジにおける少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答を求めることを特徴とする請求項２０〜２６または２８のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、前記インピーダンスの実数部および虚数部の両方、または、前記インピーダンスの実数部のみ、もしくは、虚数部のみを含むことを特徴とする請求項２９記載の細胞の評価システム。
【請求項３１】
前記システムは、前記周波数レンジのそれぞれの周波数における前記システムの少なくとも１つのインピーダンス応答を、対応する周波数における前記システムの前記基準インピーダンス応答で除することにより、前記少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めることに適していることを特徴とする請求項２９または３０に記載の細胞の評価システム。
【請求項３２】
少なくとも１つの電極を備え、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の方法もしくは請求項２０〜３１のいずれか１つに記載のシステム、あるいはその両方を使用するのに適した埋め込み型装置。
【請求項３３】
ステントもしくは人工器官あるいは移植用臓器、および、露出した金属表面を持つか、もしくは、金属表面が設けられた埋め込み型医療装置、のうちのいずれか、あるいはその両方であることを特徴とする請求項３２に記載の埋め込み型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、細胞および細胞で構成された構造の評価方法、評価システムおよび埋め込み型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞の成長または他の性質を観察するための様々な技術が報告されている。Lind R et al.により“Single Cell Mobility and Adhesion Monitoring Using Extracellular Electrodes”, Biosensors and Bioelectronics, 6 (4), pp 359-367 (1991)）に報告されているように、そのような技術の１つはインピーダンス法を用いる。また、他の報告には、インピーダンスの変化を測定し、細胞もしくは細菌の成長または動作に関連づける技術が含まれている。
【０００３】
これらの技術の多くは、適切な成長媒体の中に置かれた細胞または細菌の交流インピーダンスを測定することを含んでいる。いくつかの固定された周波数、典型的にはキロヘルツのレンジにおけるインピーダンスＺの包括的な変化を細胞および細菌の成長に関連づける方法を用いることにより、良い結果が得られている。しかしながら、生体細胞における成長や他の性質を観察するために用いられるインピーダンス法は、測定システムごとに細胞のインピーダンス応答から分離されなければならない固有のインピーダンスを有する事実により複雑になる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明に係る第１の側面によれば、サンプルの細胞または細胞構造を評価する方法であって、少なくとも１つの周波数レンジに渡る、サンプルの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求め、正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて少なくとも１つの細胞を評価することを含む細胞の評価方法が提供される。
【０００５】
周波数スペクトルに渡って正規化されたインピーダンスの周波数応答を観察することにより、正規化されたインピーダンスの周波数応答における特徴的なパターンは、整合的および再現性のある方法で特定され、細胞を分類するために使用できることが見いだされた。正規化されたインピーダンスの使用は、連続的、独立的に電極を評価する必要がない点において、さらに有利である。さらに、交流インピーダンス技術は、迅速で単純であり、定常的な再校正の必要性を除くことにより細胞培養の連続的な観察が可能となる。
【０００６】
周波数レンジは、連続または擬似的に連続な周波数レンジまたはスペクトルであることができる。周波数レンジは、一連の離間した周波数測定を含んでも良い。周波数レンジは、０．１Ｈｚから３３ＭＨｚの間にあることができる。
【０００７】
その方法は、少なくとも２つの電極を有するシステムを設けることを含む。サンプルは、電極間の電気的な経路に設けることができる。
【０００８】
少なくとも１つの細胞は、細菌または他の単細胞生物であって良い。少なくとも１つの細胞は、植物あるいは動物の細胞組織のような植物または動物の細胞であっても良い。少なくとも１つの細胞は、植物もしくは動物の細胞組織、または、多細胞生物の構造に構成することができる。
【０００９】
その方法は、少なくとも１つの周波数レンジに渡るシステムの基準インピーダンス応答を求めることを含むことができる。
【００１０】
基準インピーダンス応答は、電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在無い状態において、その周波数レンジに渡るシステムのインピーダンス応答を測定することにより求めることができる。
【００１１】
基準インピーダンス応答は、システムの初期インピーダンス応答、または、計算されたインピーダンス応答、あるいは、標準インピーダンス応答とすることができる。基準インピーダンス応答は、電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在しない状態における類似もしくは標準化されたシステム、あるいはその両方の少なくとも１つの周波数レンジに渡るインピーダンス応答を測定することにより求めることができる。
【００１２】
その方法は、少なくとも１つの周波数レンジに渡る、システムの少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答を求めることを含むことができる。
【００１３】
少なくとも１つの周波数レンジに渡る、システムの少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、電極間の電気的経路における少なくとも１つの細胞の導入または成長の後に求めることができる。
【００１４】
少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めることは、その周波数レンジのそれぞれの周波数におけるシステムの少なくとも１つのインピーダンス応答を、対応する周波数におけるシステムの基準インピーダンス応答で除することを含むことができる。
【００１５】
正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性は、周波数に依存するだろう。正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性は、周波数レンジにおける正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つのピークの周波数、ピークの大きさ、および、ピークの形状の少なくともいずれかであろう。そのピークまたは複数のピークは、細胞または細菌の活性に依存するだろう。そのような単一または多重のピークは、細胞または細菌システムの成長段階を測定するために用いることができる。正規化されたシステムにおいて求められる少なくとも１つのピークの変化は、細胞または細菌の成長における変化を区別するために経時的に追跡することができる。
【００１６】
周波数に対して正規化されたインピーダンスにおける少なくとも１つのピークは、細胞もしくは細菌のタイプまたは成長、もしくはその両方の特性であろう。したがって、正規化されたインピーダンスは、そのシステムにおける特定の細胞、細菌、細胞組織のタイプまたは分子の副産物の存在を見つけ出すために用いることができる。
【００１７】
電極は、培養媒体に浸すことができる。培養媒体は、少なくとも１つのタイプの細胞の成長を促進するよう構成される。少なくとも１つの細胞は、その媒体内に含まれ、１またはそれ以上の電極に接触するだろう。
【００１８】
システムのインピーダンス応答、および、システムの細菌によるインピーダンス応答、システムの正規化されたインピーダンス応答の少なくともいずれかの測定は、交流インピーダンス技術を用いて行うことができる。
【００１９】
本発明の第２の側面によれば、サンプルの細胞または細胞構造を評価するシステムであって、サンプルからの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を、複数の電極を介して、ある周波数レンジに渡って求めることに適したコントローラに接続された少なくとも２つの電極を備え、正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて、少なくとも１つの細胞または細胞構造を評価するシステムが提供される。
【００２０】
コントローラは、交流インピーダンス技術によりインピーダンスを測定するように構成することができる。
【００２１】
電極は、成長媒体に浸すことに適合することができる。電極は、金電極、塩化銀電極または炭素電極であっても良い。電極は、平面電極とすることができる。電極は、生体外または生体内の測定のために構成することができる。
【００２２】
電極は、埋め込み装置に装着するか、もしくは、少なくともその一部であること、あるいは、その両方であっても良い。埋め込み装置は、心臓用ステント、または、金属製の装着ティング(ting)もしくはステントに取り付けられる金属製の心臓弁もしくは生体弁、血管ステント、股関節のような埋め込み型関節の金属表面であっても良い。
【００２３】
周波数レンジは、０．００１Ｈｚから３３ＭＨｚの間であることが好ましい。周波数レンジは、０．００１Ｈｚ以上の任意の周波数レンジとすることができる。いくつかの用途では、基準および正規化のための計算に直流電圧または直流電流を用いることができる。
【００２４】
システムは、ある周波数レンジにおいて、基準インピーダンス応答を求めるように構成することができる。
【００２５】
システムは、その周波数レンジにおける少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答を求めるように構成できる。少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、インピーダンスの実数部および虚数部の両方、または、インピーダンスの実数部のみ、もしくは、虚数部のみを含むだろう。
【００２６】
システムは、周波数レンジのそれぞれの周波数におけるシステムの少なくとも１つのインピーダンス応答を、対応する周波数におけるシステムの基準インピーダンス応答で除することにより、少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めることに適している。
【００２７】
本発明の第３の側面によれば、少なくとも１つの電極を備え、第１の側面の方法もしくは第２の側面のシステム、あるいは、その両方を使用するのに適した埋め込み型装置が提供される。
【００２８】
埋め込み型装置は、ステントもしくは人工器官あるいは移植用臓器であることが好ましく、また、露出した金属表面を持つか、もしくは、金属表面が設けられた任意の埋め込み型医療装置とすることができ、あるいは、その両方であっても良い。  
本発明の様々な側面は、添付の図面を参照した例示として以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】細胞の評価システム
【図２】細胞の評価方法のフロー図
【図３】図１のシステムおよび図２の方法を用いて得られた平滑筋細胞の正規化されたインピーダンスの周波数応答
【図４】図１のシステムおよび図２の方法を用いて得られた平滑筋細胞、上皮細胞および内皮細胞の正規化されたインピーダンスの周波数応答
【図５】図１のシステムおよび図２の方法を用いて得られた黄色ブドウ球菌の正規化されたインピーダンスの周波数応答
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、植物もしくは動物の細胞、細菌もしくは植物、動物の細胞組織、多細胞生物、古細菌などの生体細胞１０を評価するための装置５を示している。装置５は、測定システム２０に電気信号を供給し、電気的な応答を得るためのコントローラ１５を備えている。測定システム２０は、成長媒体３５を保持するための容器３０の中に配置された２つの金電極２５を有している。成長媒体３５は導電性であり、容器３０が満たされた時に、電極２５およびコントローラ１５、成長媒体３５を含む電気回路が完成される。
【００３１】
コントローラ１５は、ある周波数レンジに渡る小信号交流摂動電流に対するシステム２０のインピーダンス応答を観測することにより、交流インピーダンスのスペクトル分析を行うように構成されている。これは、電極２５の間に電気的な刺激を与え、それらの間の電気的経路における少なくとも２点間の電流および電圧の大きさと位相を測定することを含んでいる。この場合、測定点は、電極２５そのものである。しかしながら、当業者であれば、１またはそれ以上の測定電極を追加して使用する別の実施形態も可能であることを認識するだろう。測定された電圧および電流は、システムのインピーダンスを決めるために用いることができる。そして、電気回路の特性を決めるために、インピーダンスおよび、電圧、電流のうちの少なくともいずれかの大きさ、位相、位相差の少なくとも一つを解析することができる。
【００３２】
電極２５の間の電気的経路に位置する細胞を評価するための方法の概要を図２に示す。ステップ４０に示される評価の準備では、誤った結果を導くことがある汚染物または酸化物を電極２５の表面から除去するために、電極２５を洗浄するか、もしくは、新しい電極２５が設けられる。次に、電極２５が成長媒体３５に浸されるように、所定の細胞を成長させるのに適した成長媒体３５で容器３０を満たす。成長媒体３５は、適度に導電性を有し電気化学的に安定であれば、この分野で良く知られたものを使用することができる。
【００３３】
コントローラ１５は、システム２０の交流インピーダンスの周波数掃引を実行することができ、ステップ４５に示すように、選択された周波数レンジにおけるシステム２０の基準インピーダンス応答Ｚmeasured(f,t=0)を取得するために、システム２０のインピーダンスを選択された周波数レンジｆに渡って測定する。周波数の掃引レンジｆは、調査される細胞もしくは細胞の集合に合わせて設定することができ、また、例えば、その細胞のタイプもしくは複数のタイプが不明であるか、もしくは、広範囲の細胞のタイプを評価するような場合に、広い範囲の掃引を行うこともできる。通常、ほとんどの細胞のタイプに対して、０．１Ｈｚから３２ＭＨｚの間の周波数が適している。
【００３４】
周波数の掃引レンジは、１以上のサブレンジを含むことができる。そして、それぞれのサブレンジは、予期されるインピーダンス応答を調査するために選択することができる。さらに、測定は、個々の周波数というよりも周波数スペクトルとしてデータを取得することにより実行されるが、いくつかの機器、具体的には、ディジタル機器では、それぞれの周波数がある間隔をもって離間している離散的な周波数において、一連の測定を行うことにより、擬似的に連続した周波数レンジに対してデータを取得できることが認識されるだろう。周波数の間隔は、離間した周波数の連なりが連続とみなせるように十分に小さく選択される。あるいは、離間した点の間を内挿することにより連続したレンジを得ることもできる。
【００３５】
ある環境では、基準インピーダンス応答が知られていない、あるいは、そのようなデータを取得し難い場合がある。そのような場合には、類似した、あるいは標準的な電極システムを構成し、基準インピーダンス応答Ｚmeasured(f,t=0)を近似することができる。しかしながら、生体システムに電極２５が挿入されるか、もしくは、部分的に挿入されたような場合には、成長媒体および電極配置は、複雑で近似することが難しい。したがって、その状態(in situ)で、基準インピーダンス応答を取得することが好ましい。
【００３６】
収集または近似された基準データが得られると、次に、ステップ５０において、解析される細胞を成長媒体に導入、もしくは、成長媒体において成長させるか、または、その両方が行われる。その後、ステップ５５において、コントローラ１５は、少なくとも１つのインピーダンス応答Ｚmeasured(f,t)を収集するために、少なくとも１回のさらなる交流インピーダンス掃引を行い、選択された周波数レンジｆにおいてシステム２０のインピーダンスを測定することができる。
【００３７】
次に、ステップ６０において、測定されたインピーダンス応答Ｚmeasured(f,t)を、その周波数レンジの対応する基準インピーダンス応答Ｚmeasured(f,t=0)で除して、正規化された応答Ｚｎ(f,t)を求める。離間した周波数において、擬似的に連続したインピーダンス値として測定する実施形態の場合、その周波数レンジにおける離間した周波数に対して測定されたインピーダンス応答は、その周波数における基準インピーダンス応答で除される。
【００３８】
成長媒体３５において、細胞の組成もしくはタイプが変化するか、または、成長あるいは増殖、もしくはその両方が生じるような、動的システムの場合、測定されたインピーダンス応答Ｚmeasured(f,t)は、一定の時間間隔をおいて再測定され、細胞１０は再評価される。このような方法で、システム内の経時的な細胞の進化を観察することができる。
【００３９】
図３は、平滑心筋細胞の成長に伴う正規化されたインピーダンスの周波数応答の経時変化を示している。ここでは、心筋細胞の培養成長に対応して表れた正規化インピーダンスのピーク６５を見ることができる。培養細胞が広がった状態(at confluence)、すなわち、電極が細胞に覆われた時、このタイプの細胞のピークが３０００Ｈｚの少し低周波側に生じることがわかる。
【００４０】
特定の理論にこだわることなしに、ピーク６５は、抵抗および容量に寄与する個別の細胞１０の成分によるものであり、細胞培養と電極との相互作用によるものであろう。そして、いくつかの小さなインダクタンスも、応答に寄与するだろう。
【００４１】
ステップ７０において、ピーク６５が生じる周波数を測定することにより、細胞１０を特定することができる。また、正規化されたインピーダンスのモデルフィッティングやピークフィッティングのような高度な技術を使うこともできる。細胞のタイプを特定するために、参照テーブルに記憶された固有のピーク位置とそのピーク位置を比較することができる。ピークフィッティングに代えて、等価回路解析を使用することもできる。等価回路解析では、生体もしくは成長の段階またはその両方を特徴づける細胞または細菌の抵抗および容量の値を導出することができる。
【００４２】
細胞のタイプを識別するこの技術の有用性を実証するために、上記の方法を上皮細胞および内皮細胞に対して別々に繰り返して実施した。図４に示す結果に見られるように、培養細胞が広がった状態では、上皮細胞の正規化されたインピーダンスの周波数応答は、１０００Ｈｚの近傍で最大となり、平滑筋細胞のピークは、２０００Ｈｚに近いところにあり、内皮細胞のピークは、２００００Ｈｚに近いところに見られる。このように、３つの未知の細胞のタイプに対し、培養細胞が広がった状態において、上記の装置および方法により、正規化されたインピーダンスの周波数応答における固有のピーク位置に基づいて細胞のタイプを明らかにすることができる。
【００４３】
この技術の有用性は、組織細胞の評価のみに止まることなく、驚くべきことに、他の細胞のタイプおよび細胞性生物の評価にも使用することができる。例えば、上記の細胞評価方法は、細菌培養液を含んだ成長媒体における黄色ブドウ球菌の菌培養に適用することができる。図５に示す正規化されたインピーダンススペクトルの結果に見られるように、正規化されたインピーダンスのいくつかのピークが、ある固有の周波数に生じる。これらのピークは、対象の細菌を明らかにするために用いることができる。それぞれの曲線は、細菌のタイプおよび成長段階を特徴づけるものである。
【００４４】
本発明の実施形態において、少なくとも電極２５は、埋め込み装置(implantable device)の上もしくは中に組み込まれ、また、少なくともその一部を構成することができる。埋め込み装置は、専用のセンサであっても良いし、あるいは、ステントもしくは移植用臓器、または心臓弁の一部のような医療用の埋設物(implant)もしくは人工器官(prosthesis)であっても良い。このような方法で、埋め込み装置の環境や状態を観察することができる。例えば、ステントの周りに形成される再狭窄の程度を検出し定量化すること、また、埋設物の周りの瘢痕組織の形成を測定すること、生体の細菌感染を確認することができる。他の例として、電極システムを創傷面に近接した創傷被覆材に中に配置すれば、細菌感染の存在と細菌のタイプの両方を示すために使用することができる。そのようなシステムは、培養細胞を特定する用途の小さな器機に用いることができ、また、実験室における創傷スワブ(wound swab)または表面スワブ(surface swab)を評価するための器機として使用できることも明らかである。
【００４５】
当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく開示した構成の変形が可能であることを認識するであろう。例えば、上記の装置５は、金電極を使用しているが、プラチナなど他の材料を使用しても良いことを認めるであろう。上記の方法および装置は、生体の科学的な検査において再狭窄の程度を測定し、化学物質、石灰化などの検出のような応用範囲に適用することができる。作用電極および反対電極である２つの電極２５のシステムが説明されているが、少なくとも１つの電極が追加されたような他の電極配置を使用しても良いことが認識されるだろう。上記の電極３５は平面状であるが、他の形態の電極を使用することができる。特に、電極２５が埋め込み装置に組み込まれるような場合には、電極２５を装置の形状に適合させることが好ましい。コントロールユニット１５および電極２５は、配線で直接結合されているように説明されているが、誘導結合や無線結合であっても良い。特に、生体に埋め込まれる器機ような場合に好ましい。
【図１】
2011520118.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月5日(2010.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの細胞または細胞構造を評価する方法であって、
少なくとも１つの周波数レンジに渡る前記サンプルの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めるステップと、
前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて少なくとも１つの細胞を評価するステップと、
を備え、
前記正規化されたインピーダンスは、測定されたインピーダンスを基準インピーダンスで除したものであることを特徴とする細胞の評価方法。
【請求項２】
前記周波数レンジは、連続もしくは擬似的に連続した周波数レンジまたはスペクトルであることを特徴とする請求項１記載の細胞の評価方法。
【請求項３】
前記周波数レンジは、一連の離間した周波数測定を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の細胞の評価方法。
【請求項４】
前記周波数レンジは、０．１Ｈｚから３３ＭＨｚの間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの細胞は、細菌もしくは他の単細胞生物、および、植物もしくは動物の細胞組織のような植物または動物の細胞、植物もしくは動物の細胞組織あるいは多細胞生物のような構造体のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項６】
前記基準インピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在しない状態における前記周波数レンジに渡る前記システムのインピーダンス応答を測定することにより求められることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項７】
前記基準インピーダンス応答は、前記システムの初期インピーダンス応答、または、計算されたインピーダンス応答、見積もられたインピーダンス応答、あるいは、標準インピーダンス応答であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項８】
前記基準インピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路に実質的に細胞が存在しない状態における類似もしくは標準化されたシステム、あるいはその両方の前記少なくとも１つの周波数レンジに渡るインピーダンス応答を測定することにより求められることを特徴とする請求項７記載の細胞の評価方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの周波数レンジに渡る、前記システムの少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、少なくとも２つの電極間の電気的経路における少なくとも１つの細胞の導入もしくは成長、あるいはその両方の後に求められることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１０】
前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性は、前記周波数レンジにおける正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つのピークの、周波数、ピークの大きさ、および、ピークの形状の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのピークは、少なくとも１つの細胞または細菌システムの成長段階を測定するために用いられることを特徴とする請求項１０記載の細胞の評価方法。
【請求項１２】
前記正規化されたシステムの少なくとも１つのピークの変化は、細胞または細菌の成長における変化を区別するために経時的に追跡されることを特徴とする請求項１１記載の細胞の評価方法。
【請求項１３】
周波数に対して正規化されたインピーダンスにおける少なくとも１つのピークは、細胞もしくは細菌のタイプ、または、成長段階、もしくはその両方の特性であり、前記正規化されたインピーダンスは、前記システムにおける特定の細胞、細菌、細胞組織または分子の副産物の存在を見つけ出すことに用いられることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１４】
前記正規化されたインピーダンス応答を求めるために用いられる少なくとも２つの電極は、培養媒体に浸されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１５】
培養媒体は、少なくとも１つのタイプの細胞の成長を促進するよう構成されることを特徴とする請求項１４記載の細胞の評価方法。
【請求項１６】
前記システムの前記インピーダンス応答および前記システムの細菌によるインピーダンス応答、前記システムの前記正規化されたインピーダンス応答の少なくともいずれかの測定は、交流インピーダンス技術を用いて行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の細胞の評価方法。
【請求項１７】
サンプルの細胞または細胞構造を評価するシステムであって、
測定されたインピーダンスを基準インピーダンスで除することにより、前記サンプルからの少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を、複数の電極を介してある周波数レンジに渡って求めることに適したコントローラに接続された少なくとも２つの電極を備え、前記正規化されたインピーダンス応答の少なくとも１つの特性を用いて、少なくとも１つの細胞または細胞構造を評価することを特徴とする細胞の評価システム。
【請求項１８】
前記コントローラは、交流インピーダンス技術によりインピーダンスを測定するように構成されたことを特徴とする請求項１７記載の細胞の評価システム。
【請求項１９】
前記電極は、成長媒体に浸すことに適していることを特徴とする請求項１７または１８のいずれかに記載の細胞の評価システム。
【請求項２０】
前記電極は、金電極、塩化銀電極または炭素電極であることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２１】
前記電極は、埋め込み装置に装着されたか、もしくは、少なくともその一部であること、あるいは、その両方であることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２２】
前記埋め込み装置は、心臓用ステント、または、金属製の装着ティング(ting)もしくはステントに取り付けられる金属製の心臓弁もしくは生体弁、血管ステント、股関節のような埋め込み型関節の金属表面であることを特徴とする請求項２１記載の細胞の評価システム。
【請求項２３】
前記周波数レンジは、０．００１Ｈｚから３３ＭＨｚの間にあることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２４】
前記正規化されたインピーダンスを測定するために直流電圧または直流電流を用いることを特徴とする請求項１７または請求項２〜２３のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２５】
前記システムは、ある周波数レンジにおいて、基準インピーダンス応答を求めるように構成されたことを特徴とする請求項１７〜２４のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの測定されたインピーダンス応答は、前記インピーダンスの実数部および虚数部の両方、または、前記インピーダンスの実数部のみ、もしくは、虚数部のみを含むことを特徴とする請求項１７〜２３または２５のいずれか１つに記載の細胞の評価システム。
【請求項２７】
前記システムは、前記周波数レンジのそれぞれの周波数における前記システムの少なくとも１つのインピーダンス応答を、対応する周波数における前記システムの前記基準インピーダンス応答で除することにより、前記少なくとも１つの正規化されたインピーダンス応答を求めることに適していることを特徴とする請求項２４または２５に記載の細胞の評価システム。
【請求項２８】
少なくとも１つの電極を備え、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の方法もしくは請求項１７〜２７のいずれか１つに記載のシステム、あるいはその両方を使用するのに適した埋め込み型装置。
【請求項２９】
ステントもしくは人工器官あるいは移植用臓器、および、露出した金属表面を持つか、もしくは、金属表面が設けられた埋め込み型医療装置、のうちのいずれか、あるいはその両方であることを特徴とする請求項２８に記載の前記埋め込み型装置。
【国際調査報告】
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