(57)【要約】【課題】細胞内への導入効率を高めた外来物質導入技術を提供する。【解決手段】外来物質導入装置１０は、応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する。外来物質導入装置１０は、導入対象の細胞６０を静電力を用いて板状部材の表面に一時的に固定し、その固定を解除できるように構成される細胞固定手段３０と、板状部材に固定される細胞６０に向けて応力波を照射する応力波発生手段４０と、を備える。細胞固定手段３０は、板状部材に沿って一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の電極部３２を有してもよい。応力波発生手段４０は、各電極部３２に対応する位置に局所的に応力波を照射するように一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の波源４５を有してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する外来物質導入装置であって、
導入対象の細胞を静電力を用いて板状部材の表面に一時的に固定し、その固定を解除できるように構成される細胞固定手段と、
前記板状部材に固定される細胞に向けて応力波を照射する応力波発生手段と、を備えることを特徴とする外来物質導入装置。
【請求項２】
前記細胞固定手段は、前記板状部材に沿って一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の電極部を有し、各電極部に電圧を印加することにより各電極部に対応する位置に細胞を一時的に固定するよう構成されており、
前記応力波発生手段は、各電極部に対応する位置に局所的に応力波を照射するように一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の波源を有することを特徴とする請求項１に記載の外来物質導入装置。
【請求項３】
前記板状部材を底板とする容器をさらに備え、
前記細胞固定手段は、前記容器内に収容される細胞懸濁液に含まれる細胞を前記底板に一時的に固定し、
前記応力波発生手段は、前記底板に一時的に固定される細胞に向けて応力波を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の外来物質導入装置。
【請求項４】
前記板状部材と、前記板状部材の表面上を一次元または二次元アレイ状に並ぶ複数の小室に仕切るための枠体と、を含むマイクロプレートをさらに備え、
各電極部は、前記複数の小室のそれぞれに対応して設けられることを特徴とする請求項２に記載の外来物質導入装置。
【請求項５】
前記板状部材を隔壁の一つとする処理流路をさらに備え、
前記細胞固定手段は、前記処理流路を流れる細胞懸濁液に含まれる細胞を一時的に固定し、
前記応力波発生手段は、前記処理流路内に一時的に固定される細胞に向けて応力波を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の外来物質導入装置。
【請求項６】
前記処理流路を流れる細胞の位置および速度の少なくとも一方を検出する検出手段をさらに備え、
前記応力波発生手段は、前記検出手段の検出結果に応じて応力波を発生させることを特徴とする請求項５に記載の外来物質導入装置。
【請求項７】
前記応力波発生手段は、光吸収体にレーザ光を照射することにより応力波を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の外来物質導入装置。
【請求項８】
前記応力波発生手段は、レーザ光を吸収する流体を流すための流体流路を有し、前記流体流路を流れる流体にレーザ光を照射することにより応力波を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の外来物質導入装置。
【請求項９】
前記応力波発生手段は、レーザ光を複数の位置に集光させるレンズアレイを有することを特徴とする請求項７または８に記載の外来物質導入装置。
【請求項１０】
前記応力波発生手段は、水中で火花放電を生じさせることにより応力波を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の外来物質導入装置。
【請求項１１】
細胞を静電力を用いて板状部材の表面に一時的に固定する工程と、
前記板状部材に固定される細胞に向けて応力波を作用させて外来物質を細胞内に導入する工程と、
前記板状部材の表面への細胞の一時的な固定を解除する工程と、を備えることを特徴とする外来物質導入方法。
【請求項１２】
応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する外来物質導入装置であって、
導入対象の細胞を収容する複数の小室が一次元または二次元アレイ状に並べられた容器と、
各小室に局所的に応力波を照射するように一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の波源を有する応力波発生手段と、を備えることを特徴とする外来物質導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外来物質導入装置および外来物質導入方法に関し、特に細胞に応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、外来遺伝子等の細胞外物質を細胞内に導入する技術は、医薬品開発や遺伝子治療等の分野において広く用いられている。例えば、多分化能を持つｉＰＳ細胞を生成や、ｉＰＳ細胞から神経細胞や心筋細胞への分化に遺伝子導入技術が用いられている。細胞内へ遺伝子を導入する手法として、例えば、ウイルス性又は非ウイルス性のベクターを用いる手法や、エレクトロポレーション（電気穿孔）法、ソノポレーション（音響穿孔）法、フォトポレーション（光穿孔）法などが挙げられる。
【０００３】
他の外来物質導入手法として、パルスレーザの照射により生じる衝撃波や応力波を利用する方法が提案されている。この方法は、細胞種に依存せずに各種細胞に適用可能であり、適切な形状および強さの応力波を用いれば細胞障害の発生しにくい非侵襲で安全性の高い導入技術とされている。例えば、応力波を発生しうるゴムや樹脂等の光吸収体にパルスレーザを照射して光吸収体から応力波を発生させ、発生させた応力波を対象細胞に適用することで細胞の周囲に存在する外来物質が細胞内に導入される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の先行技術では、多数の細胞あるいは組織に対して一様な応力波を照射し、全ての細胞に同時に応力波を作用させて外来物質を導入させることを期待している。しかしながら、一様な応力波を適用したとしても多くの細胞に均一に外来物質を導入できず、他の物理的導入手法よりも高い導入効率を得ることが難しい。特に、本発明者らの知見から接着細胞に比べて浮遊細胞への導入が困難であることがわかっており、このことが高い導入効率を阻害する要因の一つであると考えられる。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、応力波を用いて外来物質を細胞に導入する手法において、細胞内への導入効率を高めた外来物質導入技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する外来物質導入装置であって、導入対象の細胞を静電力を用いて板状部材の表面に一時的に固定し、その固定を解除できるように構成される細胞固定手段と、板状部材に固定される細胞に向けて応力波を照射する応力波発生手段と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、外来物質導入方法である。この方法は、細胞を静電力を用いて板状部材の表面に一時的に固定する工程と、板状部材に固定される細胞に向けて応力波を作用させて外来物質を細胞内に導入する工程と、板状部材の表面への細胞の一時的な固定を解除する工程と、を備える。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、外来物質導入装置である。この装置は、応力波を作用させて細胞内に外来物質を導入する外来物質導入装置であって、導入対象の細胞を収容する複数の小室が一次元または二次元アレイ状に並べられた容器と、各小室に局所的に応力波を照射するように一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の波源を有する応力波発生手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、応力波を用いて細胞への外来物質導入効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の外来物質導入装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図３】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】ある実施例に係る外来物質導入装置の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１３】
（第１実施例）
図１は、第１実施例に係る外来物質導入装置１０の構成を模式的に示す断面図であり、図２は、外来物質導入装置１０の上面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線断面に対応する。外来物質導入装置１０は、容器２０に収容される細胞６０に向けて応力波を照射することにより、細胞６０の周囲に存在する外来物質（細胞外物質）を細胞内に導入する。外来物質導入装置１０は、静電力を用いて細胞６０を容器２０の上面２２ａに一時的に固定することにより、細胞６０に向けて照射される応力波が効果的に細胞６０に作用するようにする。
【００１４】
外来物質導入装置１０は、容器２０と、細胞固定手段３０と、応力波発生手段４０とを備える。容器２０は、底板２２と、枠体２４とを有する。容器２０は、いわゆるマイクロプレートであり、細胞６０を含む細胞懸濁液を収容するための複数の小室２６が二次元アレイ状に並んでいる。複数の小室２６のそれぞれは、底板２２と枠体２４により区画される。底板２２は、細胞６０を一時的に固定するための板状部材であり、枠体２４は、底板２２の上面２２ａを複数の小室２６に分割するための仕切りである。容器２０は、細胞６０に対して非毒性の材料で構成され、例えば、ガラス材料や、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂材料で構成される。容器２０は、応力波発生手段４０からの応力波を効率的に伝達できるように、音響インピーダンスの低い材料で構成されることが好ましい。
【００１５】
細胞固定手段３０は、複数の電極部３２を有する。各電極部３２は、金属材料や透明酸化物材料といった導電性材料で構成される。各電極部３２は、底板２２の下面２２ｂにおいて各小室２６に対応する位置に設けられる。各電極部３２は、図示しない電源と接続される。細胞固定手段３０は、各電極部３２に正の電圧を印加することにより、底板２２の上面２２ａが正電荷で帯電されるようにする。細胞６０の表面を構成する細胞膜は、一般に負に帯電している（アニオン性を有する）ため、電極部３２に正電圧を印加することで正に帯電する底板２２の上面２２ａに細胞６０を静電力を用いて固定できる。細胞固定手段３０は、電極部３２への電圧印加を停止する、または、電極部３２に負電圧を印加することにより、細胞６０の固定を解除する。
【００１６】
応力波発生手段４０は、光吸収体４１と、光透過体４２と、集光体４３とを有する。応力波発生手段４０は、レーザ光５０を光吸収体４１に集光させ、光吸収体４１と光透過体４２の界面に生じるプラズマを利用して応力波を発生させる。光吸収体４１と光透過体４２の界面は、応力波が発生する波源４５となる。波源４５から生じる応力波は、光吸収体４１および底板２２を介して細胞６０に照射される。
【００１７】
光吸収体４１は、レーザ光５０を吸収する固体材料で構成され、黒色のゴム材料や樹脂材料などで構成される。光吸収体４１として、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）の板を用いることができる。光吸収体４１は、底板２２の下面２２ｂまたは電極部３２と直接接触するように設けられる。光透過体４２は、レーザ光５０を透過する固体材料で構成され、透明な樹脂材料やガラス材料などで構成される。光透過体４２として、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）の板を用いることができる。光吸収体４１と光透過体４２は、エポキシ樹脂などの接着剤を用いて接合される。光吸収体４１と光透過体４２を接合することにより、レーザ照射により光吸収体４１と光透過体４２の界面で生じるプラズマを閉じ込めて、外来物質の導入に適した強さおよび形状の応力波を形成できる。
【００１８】
集光体４３は、いわゆるレンズアレイであり、複数のレンズ部４４が二次元アレイ状に並んで設けられている。各レンズ部４４は、複数の小室２６の位置と対応するように並んでいる。集光体４３は、集光体４３に入射するレーザ光５０を複数の位置に集光させ、光吸収体４１と光透過体４２の界面の複数の位置（複数の波源４５）から応力波が生じるようにする。したがって、応力波発生手段４０は、複数の波源４５を有する。複数の波源４５は、各小室２６および各電極部３２に対応する位置に局所的に応力波を照射する。
【００１９】
光吸収体４１に照射されるレーザ光５０は、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）からのナノ秒（ｎｓ）程度となるパルスレーザを用いることが望ましい。このようなレーザ光５０を出力するレーザ光源として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの固体レーザを用いることができる。レーザ光５０の波長は特に問わないが、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波となる波長λ＝５３２ｎｍのレーザ光を用いることができる。なお、レーザ光源はこれに限られず、その他の種類のレーザ光源を適宜用いることができる。
【００２０】
導入対象となる細胞６０は、特に限定されず、ヒト細胞、サル細胞、マウス細胞などを含む動物細胞を対象とすることができる。その他、昆虫細胞、植物細胞、細菌や真菌などの微生物細胞を対象としてもよい。また、細胞６０に導入する外来物質についても特に限定されず、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、タンパク質、糖類、ポリペプチドやこれらの誘導体や複合体、その他の有機化合物や無機化合物を対象とすることができる。
【００２１】
以上の構成による外来物質導入装置１０の使用方法について述べる。まず、容器２０の各小室２６に導入対象となる細胞６０を含む細胞懸濁液が注入される。つづいて、各小室２６に導入すべき外来物質を含む液体が注入される。なお、導入すべき外来物質は、細胞懸濁液にあらかじめ含まれていてもよい。次に、各電極部３２に正電圧を印加して、小室２６に収容されている細胞６０を底板２２の上面２２ａに固定する。細胞６０を固定した後、レーザ光５０を照射して応力波発生手段４０の複数の波源４５から応力波を生じさせ、発生させた応力波を各小室２６の細胞６０に照射する。応力波の照射回数は、１回でもよいし複数回でもよい。応力波の照射後、各電極部３２への電圧印加を停止し、細胞６０の固定を解除する。応力波が照射された細胞６０は、各小室２６から回収され、細胞培養等の次工程に送られる。
【００２２】
本実施例によれば、細胞懸濁液に含まれる細胞６０を底板２２の上面２２ａに固定した状態で応力波を照射できる。本発明者らの知見により、底面に接着せずに懸濁液中に浮遊している浮遊細胞に対して応力波を適用する場合と比べて、シャーレ等の底面に接着した状態で培養がなされる接着細胞に対して応力波を適用する場合の方が、外来物質の導入効率が高いことがわかっている。本実施例によれば、浮遊細胞に対して外来物質を導入する場合であっても、静電力を用いて底板２２の上面２２ａに浮遊細胞を一時的に固定した状態で応力波を照射できるため、浮遊細胞を浮遊させたまま応力波を照射する場合と比べて導入効率を高めることができる。したがって、本実施例によれば、応力波を用いた外来物質の導入手法において、細胞内への外来物質の導入効率を高めることができる。
【００２３】
本実施例によれば、静電力による細胞６０の固定を解除できるように細胞固定手段３０が構成されているため、応力波を照射した後の次工程のために容器２０から細胞６０を移し替える場合であっても、細胞６０を容易に取り出すことができる。例えば、容器２０の内面を細胞付着性の高いカチオン性の材料で被覆する場合と比べて、細胞６０を扱いやすくなり、外来物質導入装置１０の利便性が高められる。
【００２４】
本実施例によれば、複数の波源４５から局所的に応力波を照射する構成としているため、波源を一つだけ用いる場合と比べて容器２０の全体に均一に応力波を照射することができる。仮に、容器２０の中央付近のみに応力波を照射する構成とすると、小室２６の相対的な位置に応じて各細胞６０に適用される応力波の強さが異なり、得られる導入効率に大きく差が生じてしまう。一方、本実施例によれば、各小室２６に対応して複数の波源４５が設けられるため、各小室２６にほぼ同じ強さの応力波を照射することができる。これにより、多数の細胞６０に対して同時に均一な強さの応力波を適用して、容器２０に収容される細胞全体としての導入効率を高めることができる。
【００２５】
本実施例によれば、レンズアレイを用いて複数の位置にレーザ光５０を集光させる構成としているため、光吸収体４１の全面にわたって応力波発生に必要な高強度のレーザを照射する場合よりも必要とするレーザ光５０のパワーを抑えることができる。応力波発生手段４０により生じる応力波の強さは、主に光吸収体４１に集光されるレーザフルエンス（Ｊ／ｃｍ２）に依存する。そのため、外来物質の導入に必要な応力波の強さを確保しつつ、レーザの照射面積を大きくしてしまうと、それだけパワーの大きいレーザ光源が必要となる。本実施例によれば、レンズアレイを用いて各小室２６に対応する位置に局所的にレーザ光を集光させるため、光吸収体４１に入射するレーザの照射面積の合計値を小さくし、必要とするレーザ光５０のパワーを抑えることができる。これにより、高価な高出力のパルスレーザ光源を用いることなく、多数の細胞６０に対して同時に外来物質を導入することができる。
【００２６】
（第２実施例）
図３は、第２実施例に係る外来物質導入装置１１０の構成を模式的に示す断面図である。本実施例は、光透過体１４２が集光体４３の機能を兼ね備える点で上述の実施例と相違する。以下、外来物質導入装置１１０について、上述の実施例との相違点を中心に説明する。
【００２７】
外来物質導入装置１１０は、容器２０と、細胞固定手段３０と、応力波発生手段１４０とを備える。容器２０および細胞固定手段３０は、上述の実施例と同様に構成される。応力波発生手段１４０は、光吸収体１４１と、光透過体１４２とを有する。光透過体１４２は、光吸収体１４１と接合される平坦面１４２ａと、レンズアレイを構成するレンズ面１４２ｂとを有する。光透過体１４２は、レンズ面１４２ｂに入射するレーザ光５０を複数の位置に集光させて、複数の波源１４５のそれぞれから応力波が生じるようにする。本実施例によれば、上述の第１実施例と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
（第３実施例）
図４は、第３実施例に係る外来物質導入装置２１０の構成を模式的に示す断面図である。本実施例は、レーザ光５０が集光されて波源２４５となる吸収体が固体材料ではなく、流体２４１で構成される点で上述の実施例と相違する。以下、外来物質導入装置２１０について上述の実施例との相違点を中心に説明する。
【００２９】
外来物質導入装置２１０は、容器２０と、細胞固定手段３０と、応力発生手段２４０とを備える。容器２０および細胞固定手段３０は、上述の実施例と同様に構成される。応力発生手段２４０は、流体２４１と、流体流路壁２４２と、集光体２４３とを有する。
【００３０】
流体２４１は、レーザ光５０を吸収する色素等を含む液体であり、例えば、カーボンブラック（ＣＢ）などの黒色色素を含む黒色流体である。流体流路壁２４２は、流体２４１が流れる流体流路２４６を区画する。流体流路壁２４２は、透明な樹脂材料やガラス材料といった光透過性の材料で構成される。流体流路壁２４２は、流路の断面が矩形状となるように構成され、底板２２の下面２２ｂまたは電極部３２と直接接触するように設けられる。
【００３１】
集光体２４３は、複数のレンズ部４４を有するレンズアレイであり、集光体２４３に入射するレーザ光５０を流体２４１に集光させる。流体２４１と流体流路壁２４２の界面は、応力波が生じる波源２４５となる。流体流路２４６は、図示しないポンプと接続されており、流体流路２４６において流体２４１の流れが生じるようにしている。したがって、集光体２４３は、流体流路２４６において流れが生じている流体２４１にレーザ光５０を集光させて、複数の位置（複数の波源２４５）から応力波が生じるようにする。
【００３２】
本実施例によれば、光吸収体となる流体２４１が流れを有するため、レーザ光５０を連続的に複数回照射する場合であっても外来物質の導入に適した強さおよび形状の応力波を連続的に生成することができる。上述の実施例のように、固体材料である光吸収体４１と光透過体４２を接合させた構造にレーザ光５０を連続的に照射すると、応力波の発生に伴って光吸収体４１と光透過体４２の界面に生じる残留圧力が影響し、適切な応力波を連続的に形成できない場合が生じる。一方、本実施例によれば、光吸収体となる流体２４１が流れを有するため、応力波の発生によって生じる残留圧力を流体２４１の流れを利用して取り除くことができる。本実施例によれば、応力波の連続生成を可能とし、短時間に応力波を細胞６０に連続照射して、外来物質の導入効率を高めることができる。
【００３３】
（実施例４）
図５は、実施例４に係る外来物質導入装置３１０の構成を模式的に示す断面図である。本実施例は、レーザ光を用いて応力波を発生させる代わりに、電極対３４１により水中火花放電を起こして応力波を発生させる点で上述の実施例と相違する。以下、外来物質導入装置３１０について、上述の実施例との相違点を中心に説明する。
【００３４】
外来物質導入装置３１０は、容器２０と、細胞固定手段３０と、応力波発生手段３４０とを備える。容器２０および細胞固定手段３０は、上述の実施例と同様に構成される。応力波発生手段３４０は、複数の電極対３４１と、筐体３４２と、高圧電源３４３とを有する。
【００３５】
複数の電極対３４１は、容器２０の各小室２６の位置に対応して二次元アレイ状に設けられる。複数の電極対３４１は、火花放電を発生させる先端部が筐体３４２の内部となるように設けられ、絶縁体３４６を介して筐体３４２に固定される。複数の電極対３４１は、高圧電源３４３と接続されており、応力波を発生させるタイミングで火花放電に必要な高電圧が印加される。筐体３４２は、水中火花放電を生じさせるための純水等の液体を内部に収容する。筐体３４２は、例えば、箱形形状を有しており、樹脂材料や金属材料で形成される。筐体３４２は、底板２２の下面２２ｂまたは電極部３２と直接接触するように設けられる。
【００３６】
以上の構成による外来物質導入装置３１０の使用方法について述べる。まず、容器２０の各小室２６に導入対象となる細胞６０と導入すべき外来物質とを含む細胞懸濁液が注入される。次に、各電極部３２に正電圧を印加して、小室２６に収容されている細胞６０を底板２２の上面２２ａに固定する。細胞６０を固定した後、高圧電源３４３をオンにして、各電極対３４１の先端部に位置する複数の波源４５から応力波を生じさせ、発生させた応力波を各小室２６の細胞６０に照射する。応力波の照射後、各電極部３２への電圧印加を停止し、細胞６０の固定を解除する。応力波が照射された細胞６０は、各小室２６から回収され、細胞培養等の次工程に送られる。本実施例においても、上述の実施例と同様の効果を奏することができる
【００３７】
（第５実施例）
図６は、第５実施例に係る外来物質導入装置４１０の構成を模式的に示す断面図である。本実施例は、細胞６０を一時的に固定する場所が容器２０ではなく、処理流路４２０となる点で上述の実施例と相違する。以下、外来物質導入装置４１０について、上述の実施例との相違点を中心に説明する。
【００３８】
外来物質導入装置４１０は、処理流路４２０と、細胞固定手段３０と、応力波発生手段４０とを備える。細胞固定手段３０および応力波発生手段４０は、上述の実施例と同様に構成される。
【００３９】
処理流路４２０は、第１隔壁４２１と第２隔壁４２２とを有する。第１隔壁４２１と第２隔壁４２２の間には、導入対象の細胞６０と外来物質とを含む細胞懸濁液４３３が流される。細胞懸濁液４３３は、処理流路４２０の第１端部４２４から第２端部４２５に向かって流れる。処理流路４２０は、例えば、流れと直交する断面サイズが細胞６０の大きさと同程度または数倍程度となる微小流路となるように構成される。
【００４０】
第１隔壁４２１および第２隔壁４２２は、細胞６０に対して非毒性の材料で構成され、例えば、ガラス材料や、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂材料で構成される。第１隔壁４２１および第２隔壁４２２は、応力波発生手段４０からの応力波を効率的に伝達できるように、音響インピーダンスの低い材料で構成されることが好ましい。
【００４１】
第１隔壁４２１は、細胞６０を一時的に固定するための板状部材である。第１隔壁４２１の外面４２１ｂには、細胞固定手段３０となる複数の電極部３２が設けられる。複数の電極部３２は、第１隔壁４２１に沿って一次元または二次元アレイ状に配置される。細胞固定手段３０を作動させると、各電極部３２の近傍を流れる細胞６０が静電力により第１隔壁４２１の内面４２１ａに引き寄せられ、第１隔壁４２１の内面４２１ａに一時的に固定される。
【００４２】
外来物質導入装置４１０は、検出手段４７０と、制御手段４８０とをさらに備えてもよい。検出手段４７０は、処理流路４２０の入口となる第１端部４２４の近傍に設けられ、処理流路４２０を流れる細胞６０の位置および速度の少なくとも一方を検出する。検出手段４７０は、例えば、図６に示す破線Ｂの位置を細胞６０が通過するか否かを検出し、細胞６０が通過する場合にはその速度を検出する。検出手段４７０の構成は特に限定されないが、例えば、レーザドップラ速度計などにより構成される。
【００４３】
制御手段４８０は、検出手段４７０の検出結果に基づいて、レーザ光５０の照射タイミングや細胞固定手段３０による細胞６０の固定タイミングを制御する。制御手段４８０は、検出手段４７０の検出結果に基づいて、複数の電極部３２のいずれかに対応する位置に細胞６０が通過するタイミングで細胞固定手段３０を作動させる。制御手段４８０は、細胞固定手段３０を作動させるタイミングにてレーザ光５０を集光体４３に入射させ、細胞固定手段３０により一時的に固定された細胞６０に応力波が照射されるようにする。制御手段４８０は、応力波の照射後に細胞６０の固定を解除する。
【００４４】
制御手段４８０は、各電極部３２に対応する複数の異なる位置で同一の細胞６０に応力波を照射できるように、細胞固定手段３０の動作とレーザ光５０の照射とを制御してもよい。例えば、制御手段４８０は、第１端部４２４に近い上流側の位置で応力波を照射した後に、その位置よりも第２端部４２５に近い下流側の位置で再度応力波を照射できるように、細胞６０の固定タイミングと応力波の照射タイミングを調整してもよい。制御手段４８０は、このような制御をすることにより、細胞６０が処理流路４２０を通過する間に複数の異なる位置で応力波の照射を受けるようにしてもよい。
【００４５】
以上の構成による外来物質導入装置４１０の使用方法について述べる。まず、処理流路４２０に導入対象となる細胞６０を含む細胞懸濁液と導入すべき外来物質を含む液体が流される。次に、各電極部３２に正電圧を印加して、処理流路４２０を流れる細胞６０を第１隔壁４２１の内面４２１ａに固定する。細胞６０を固定した後、レーザ光５０を照射して応力波を照射する。応力波の照射後、各電極部３２への電圧印加を停止し、細胞６０の固定を解除する。細胞６０が処理流路４２０を通過する間、必要に応じて、細胞６０の固定、応力波照射、細胞６０の固定解除を繰り返して、細胞６０に複数回応力波が照射されるようにする。応力波が照射された細胞６０は、第２端部４２５から流出し、細胞培養等の次工程に送られる。
【００４６】
本実施例によれば、処理流路４２０を流れる細胞６０に対して連続的に応力波を照射して外来物質を導入することができる。処理流路４２０を流れる細胞６０は、応力波の照射時に細胞固定手段３０によって第１隔壁４２１の内面４２１ａに固定されるため、外来物質の導入に適した強さおよび形状の応力波を細胞６０に対して確実に作用させることができる。また、細胞懸濁液に含まれる多数の細胞６０を流れ作業にて処理できるため、多数の細胞６０を複数の小室に分けて応力波を照射し、照射後の細胞６０を回収するという作業を簡略化できる。したがって、本実施例によれば、多数の細胞６０に対して外来物質を導入する処理を効率化することができる。
【００４７】
（実施例６）
図７は、実施例６に係る外来物質導入装置５１０の構成を模式的に示す断面図である。外来物質導入装置５１０は、容器５２０と、応力波発生手段４０とを備える。本実施例は、細胞固定手段３０が設けられておらず、容器５２０が複数の小室２６に仕分けられていない点で上述の実施例と相違する。以下、外来物質導入装置５１０について、上述の実施例との相違点を中心に説明する。
【００４８】
容器５２０は、底板５２２と、枠体５２４とを有する。容器５２０は、細胞培養等に用いられるシャーレであり、マイクルプレートのように区分けされた複数の小室を有していない。容器５２０の内部には、底板５２２の上面５２２ａに接着した状態で培養される接着細胞５６０が収容されている。応力波発生手段４０は、上述の実施例と同様に構成され、光吸収体４１が底板５２２の下面５２２ｂに直接接触するように設けられる。応力波発生手段４０は、複数の波源４５から容器５２０に収容される接着細胞５６０に向けて応力波を照射する。底板５２２と光吸収体４１の間には、応力波の伝達効率を高めるための超音波ジェルなどが設けられてもよい。
【００４９】
本実施例によれば、細胞培養等に用いるシャーレをそのまま使用して外来物質を導入できるため、接着細胞５６０をシャーレから剥がして別の容器に移し替える必要がなくなる。そのため、接着細胞５６０を剥がすことによる接着細胞５６０へのダメージを抑えながら外来物質の導入を行うことができる。また、複数の波源４５が容器５２０の下面５２２ｂにわたって二次元アレイ状に配置されているため、容器５２０に収容されている多数の接着細胞５６０に対して均一に応力波を照射することができる。
【００５０】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
【００５１】
上述の実施例では、細胞を一時的に固定する板状部材として、容器２０または処理流路４２０と細胞固定手段３０を用いる場合を示した。また、応力波の波源として、固体材料の光吸収体とレンズアレイを組み合わせた応力波発生手段４０，１４０、光吸収性の流体とレンズアレイを組み合わせた応力発生手段２４０、水中火花放電を利用する応力波発生手段３４０を示した。さらなる変形例においては、これら板状部材と応力波発生手段の組み合わせを適宜組み替えることにより外来物質導入装置を構成してもよい。
【００５２】
上述の実施例では、細胞固定手段３０を構成する複数の電極部３２が底板２２の下面２２ｂまたは第１隔壁４２１の外面４２１ｂに設けられる場合を示した。変形例においては、細胞固定手段３０を構成する複数の電極部３２が応力波発生手段４０，１４０，２４０，３４０に設けられていてもよい。複数の電極部３２は、光吸収体４１，１４１の表面や、流体流路壁２４２の表面、筐体３４２の表面に形成されていてもよい。細胞固定手段３０を応力波発生手段と一体化させることにより、汎用的なシャーレやマイクロプレートなどを細胞を格納する容器等として利用することができる。
【００５３】
さらなる変形例においては、細胞固定手段が板状またはシート状に構成されてもよい。変形例に係る細胞固定手段は、板状またはシート状の基材と、基材上に一次元または二次元アレイ状に配列される複数の電極部とを有してもよい。このような板状またはシート状の細胞固定手段は、細胞を一時的に固定するための板状部材と応力波発生手段との間に挟み込まれて用いられてもよい。細胞固定手段を挟み込む際に、応力波の伝達効率を高めるための超音波ジェルなどを設けてもよい。
【００５４】
上述の実施例では、応力波発生手段４０が光吸収体４１と光透過体４２を有する構成について示した。さらなる変形例においては、光透過体４２を設けずに光吸収体４１と集光体４３によって応力波発生手段を構成してもよい。
【００５５】
上述の実施例では、複数の波源が一次元または二次元アレイ状に配列される場合について示した。さらなる変形例においては、波源が一つだけとなる応力波発生手段を用いてもよい。この場合、細胞固定手段は、複数の電極部を有してもよいし、単一波源と対応する位置に一つだけ設けられる電極部を有してもよい。
【００５６】
上述の実施例では、固体または液体の吸収体として黒色の吸収体を用いる場合を示した。さらなる変形例においては、吸収体は黒色でなくてもよく、特定の波長を有するレーザ光を吸収可能な色素を含んでいれば何色であってもよい。また、紫外光や赤外光を発するレーザ光源を用いる場合には、可視光に対して透明であってもよい。
【００５７】
上述の実施例では、複数の小室２６を有する容器２０と、複数の電極部３２を有する細胞固定手段３０と、複数の波源４５を有する応力波発生手段４０とを組み合わせる構成を示した。さらなる変形例においては、細胞固定手段３０が設けられなくてもよい。この変形例は、導入対象の細胞を収容する複数の小室が一次元または二次元アレイ状に並べられた容器と、各小室に局所的に応力波を照射するように一次元または二次元アレイ状に設けられる複数の波源を有する応力波発生手段と、を備えてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…外来物質導入装置、２０…容器、２２…底板、２４…枠体、２６…小室、３０…細胞固定手段、３２…電極部、４０…応力波発生手段、４１…光吸収体、４５…波源、５０…レーザ光、６０…細胞。
【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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【図６】
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【図７】
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