JPS6349065A - 電気的細胞操作装置のための電極 - Google Patents

電気的細胞操作装置のための電極

Info

Publication number
JPS6349065A
JPS6349065A JP61190791A JP19079186A JPS6349065A JP S6349065 A JPS6349065 A JP S6349065A JP 61190791 A JP61190791 A JP 61190791A JP 19079186 A JP19079186 A JP 19079186A JP S6349065 A JPS6349065 A JP S6349065A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
cell
pulse
flat plate
electrodes
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.)
Granted
Application number
JP61190791A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0567276B2 (ja
Inventor
Tadaaki Hibi
日比 忠明
Hiromi Kano
狩野 広美
Shiyoji Sugiura
杉浦 己代治
Takeshi Kazami
風見 武
Shigeyuki Kimura
木村 茂行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NORIN SUISANSYO NOGYO SEIBUTSU SHIGEN KENKYUSHO
Jasco Corp
Original Assignee
NORIN SUISANSYO NOGYO SEIBUTSU SHIGEN KENKYUSHO
Japan Spectroscopic Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NORIN SUISANSYO NOGYO SEIBUTSU SHIGEN KENKYUSHO, Japan Spectroscopic Co Ltd filed Critical NORIN SUISANSYO NOGYO SEIBUTSU SHIGEN KENKYUSHO
Priority to JP61190791A priority Critical patent/JPS6349065A/ja
Publication of JPS6349065A publication Critical patent/JPS6349065A/ja
Publication of JPH0567276B2 publication Critical patent/JPH0567276B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

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
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的方法による細胞融合と核酸導入を効果
的に行うための電気的細胞操作装置に関するものである
。
返」E刀口組 細胞融合法としては主にポリエチレングリコール(PE
G)を用いる化学的融合法が用いられているが、この方
法では(i)PEGは細胞に対して強い毒性を持ってい
る、(11)融合するにあたり最適な諸条件を見出すの
に手間がかがる、(iii )融合に際して高度な技術
が要求され、特定の技術に習熟した人にしか使えない、
(iv )融合効率が低い等の欠点を有している。
これに対して、電気的細胞融合法は、高度な技術が不要
で、簡単に効率よく融合させることができ、細胞に与え
る毒性がなく、高活性をもったままの状態で細胞を融合
させることができるという利点がある。
電気的細胞融合法は、1981年西ドイツのZimme
−r+wannが確立したものであり、その原理は次の
通りである。すなわち、平行電極間に交流電圧をかけそ
こに細胞を導入すると、細胞は電流密度の高い方へ引き
寄せられ数珠状にならぶ。この状態で数μsec ”−
数十μsec単位の直流パルス電流を電極間にかけるこ
とにより、細胞膜の電気伝導度が瞬間的に低下し膜を構
成する脂質二重層の可逆的乱れとその再構成がおこなわ
れ、その結果細胞融合が起こるものである。
従来、この電気的融合法には、[al微小電極法、(b
l平行電極法、fc+上記Zimmermann等の方
法等が知られているが、(alは融合効率が低く、手間
がかかるという欠点があり、t’blは融合率が低い(
1〜3%)が、−度に大量の融合細胞(プロトプラスト
)を扱え、融合細胞が電極に付着しないなどの利点があ
る。また、(c+は、(δ1.(blに比べ融合率が高
いため、最も実用的な方法として利用されているが、融
合細胞が電極表面に付着するため、融合細胞を傷つける
ことなく回収するための電極材料を如何に開発するか及
び融合細胞をいかに大量にしかも迅速に作成するかが重
要な課題とされていた。
一方、電気的核酸導入法は、1982年にNeuman
n等により開発された方法で細胞と核酸とを混合して電
極に懸濁した後、これに数μsec〜数十μsecの直
流パルス電位を印加することによって核酸を細胞内に導
入する方法であるが、この場合にも、導入効率を高める
ことが重要な課題であった。
眼上ようとする止 本発明は、細胞融合と核酸導入ができる電気的細胞操作
装置の従来の平行電極及操作チャンバーの諸欠点、すな
わち、1)融合率や専大率が低いii )融合細胞を傷
つける 山)細胞が電極に付着するiv )融合細胞を
大量、迅速に作成できない等の問題点を一挙に解決する
ための新規な電極及操作チャンバーを提供することを目
的とするものである。
本発明者達は電極材料と操作チャンバーの構造について
研究を重ねた結果、電気分解を起こしにくい化学的に安
定な物質を用い、細胞サイズに比較して表面の凹凸がほ
とんど無視出来る程度の鏡面状態を有する平板電極を作
成した。操作チャンバーは、細胞融合及核酸導入に用い
るスペース部分を切り取った平板スペーサーをこの二枚
の平板電極で挟む構造にすることにより従来の欠点を克
服した電気的細胞操作装置の為の電極及操作チャンバー
を提供することに成功したものである。
すなわち、本発明は電気的細胞融合又は核酸導入に用い
るチャンバーの二つの′@極に、電圧と周期を制(11
可能な発振器からの交流電位とパルス電圧とパルス巾と
パルス数を制御可能なパルス発振器からの直流パルス電
位をそれぞれ印加して細胞融合又は核61導入を行なう
電気的細胞1桑作装置において、電極表面が細胞サイズ
に比較してほとんど無視できる程度に均一に平坦で、か
つ電気分解をおこしにくい化学的安定な物質で構成され
ていることを特徴とするもので、これらの電極は、表面
を鏡面研磨したガラス、石英、サファイヤ、プラスチッ
ク等の非金属材質や、アルミニウム、ステンレス、銀等
の金属材質等の平板基板に、金。
白金等の金属を蒸着したものを用いることを特徴とする
ものである。これらの電極としては、金属平板基板に、
金、白金5チタン等をメッキし表面を鏡面にした該金属
平板を1i極としたものでも良く、あるいはまた白金、
チタン、ステンレス等の金属平板を電解研摩し、該金属
平板を電極として用いてもよい。
また、機械加工もしくは、電解研摩した平板基板をイオ
ンプレーティング加工し、該加工を施した基板を電極と
して用いてもよい。
本発明の操作チャンバーの構造は、細胞融合又は核酸導
入に用いるスペース に該当する部分を切り取った平板
スペーサーと、該平板スペーサーを挟む二枚の平板電極
を、組立て分解が容易に出来るように圧着手段で圧着し
た構成となっている。
大きさ、厚さ、切り取ったスペースが異なった複数の平
板スペーサーと、大きさの異なった複数の平板電極を用
意し、該平板スペーサーを挟む二枚の該平板電極を組み
たてることにより、電極間の距離及びチャンバー容量を
可変に出来るものである。
ス」L鮭 本発明の具体例の概略を模式的に第1図に示す。
操作チャンバーは、平板スペーサー3と、それを挟む電
極1.2から構成されている。電極1゜2に交流発振器
4及びパルス発振器5がつながれており、交流の周期、
電圧及びパルス電圧、パルス巾はオシロスコープ6でモ
ニターする。この装置を使用した電気的細胞融合の過程
を第2図を用いて説明する。
上欄には、電極に印加するシグナルシーケンスを、下欄
には、それに対応する細胞融合の過程を模式的に示す。
過程(1)では電極に電圧が印加されていない、この状
態で細胞を第1図の平板電極1.2に挾まれたスペーサ
ー3のチャンバー内に導入する。
過程(2)では発振器4(第1図)からの交流成分の電
位の印加により、細胞が数珠状に配列する。
過程(3)では直流パルスにより細胞接触面で細胞膜の
一時崩壊が起きる。
過程(4)では細胞膜の再構成にともなって細胞融合が
起こる。
従来電気細胞操作装置に使用されているTih及びチャ
ンバーは第3図に示すように各種のタイプがある。
a)は、白金線を平行にしたもの b)は、円の中心の電極とこれを同心円上に囲む電極を
配置 したもの C)は、大量の融合細胞を得る様に電極を配列したもの
、 d)は、異なった種類の雑種融合細胞作成用のもの これらに使用されている電極は、■白金線■白金仮■ス
テンレス板等であり、いずれも表面が平滑な鏡面状でな
いため電場電流が不均一になり、かつその表面に細胞が
付着する欠点を有していた。
本発明に於いては、電気分解を起こしにくい物質の表面
を鏡面状にした平行平板電極を用い操作チャンバーの構
造を工夫することにより、電場そのものが均質になると
ともに細胞が電極表面に付着せず電場に均一にさらされ
た細胞が高い融合率を示すことが認められた。実施例に
おいては、ガラス基板に金蒸着した二枚の電極でスペー
サーをサンドイッチし、クリップで圧着している。二枚
の電極には電極線をつけ電位が印力Uされる。
スペーサーは、厚さ200μmで、中央部分を切り取っ
であるポリビニルクロライド板を用いている。10■1
xlQmmに切り取っである部分と両電極にはさまれた
部分が細胞操作のためのスペースになる。電極間隔及び
操作チャンバーの容量は、スペ−サーの厚みを変えるこ
′とにより調整可能であり、又tiのサイズも自由に大
きく出来る。
上記の操作チャンバーを用い、第1図に示される装置で
細胞融合並びに核酸導入の実験を行った。
1、 実験方法 +11  供試材料;タバコ葉肉プロトプラスト(品種
;キサンチNN)およびタバコモザイクウィルス(TM
V)−RNAを供試した。
(2)  細胞融合法:プロトプラストを約2XIO’
/mlで100μM Ca Cl z −0,5Mマン
ニトールに懸濁し、電極間隔200μmの上記のチャン
バー内で、周波数500KHzで電圧400 V / 
cm〜500 V/cmの交流を電極間に印加し細胞を
配向配列させでま た後、0.6k V/c+m 〜1.0k V/cmの
電位でパルス巾50μsecの直流パルスを1回与えた
。
(3)  鎖酸導入法: 細胞融合法の場合と同じように、プロトプラストを約2
 X 10’/mlで100 II M Ca Cl 
x   0.5Mマンニトールに懸濁し、10μg /
ml”r’M V −RNAを添加した後、交流成分の
電極への印加をせずに、0.6に■/clII〜1.O
k■/cI11の電位でパルス巾50μsecの直流パ
ルスを数回印加した。
2、 実験結果 (1)  予備試験として融合に及ぼすパルス電圧の影
響を調べたところ 100μM  Ca”存在下に、パルス電圧を上げると
、400V/amから融合率が上昇し、850 V /
口では全プロトプラストの内重連配列したプロトプラス
トの約90%以上が融合した。
それ以上の電圧では破砕プロトプラストが増加するため
、全体の融合率は低下した(第5図)。
(2)  本実験として本発明の操作チャンバーを用い
、 上記最適条件下(850V / elmのパルス印加)
で融合実験を行なったところ、全プロトプラストの約4
6%が融合した。
(3)  タバコ葉肉プロトプラストとニンジン根部プ
ロトプラストを融合させたところ、両者の雑種融合プロ
トプラストが形成された。
(4)  核酸導入実験では パルス印加後、プロトプラストをA o k i an
d T a k ebe(1969)の培養液中で、2
8℃、40時間培養し、螢光抗体法によって感染率を測
定したところ、感染率ハハルス電圧400 V / c
+sから上昇し、800V/口では全プロトプラストの
約95%が感染した(第5図)、この際のプロトプラス
ト生存率は、パルス処理前と同じく約95%であった。
−光」LΩ」[策 電気的細胞操作装置に本発明による電極及操作チャンバ
ーを用いることにより、高融合率が得られるとともに融
合細胞を全く傷つけることなく、しかも細胞が電極に付
着しない等の優れた効果が明らかになった。
さらに、本発明装置を用いて核酸導入の実験をした結果
、電気的細胞融合と電気的核酸導入のための最適な電気
的条件がほぼ共通であることが明らかになった。更に植
物のプロトプラストにウィルスRNAを導入した結果、
全プロトプラストの約95%が感染し、従来法に比較し
て掻めて高い核酸導入率が得られたことから、本発明の
電極及操作チャンバーが核酸導入にも非常に有効である
ことが判明した。このことは、遺伝子組換を行ったDN
Aなどの核酸を動植物及び微生物細胞に効率的に導入す
る方法としても極めて優れていることを示すものである
。
本発明は、以上の実施例に限定されるものではな(、例
えば、従来広く用いら′れている電気泳動の電極として
使用することにより効率の良い結果が得られる。また、
細胞電気泳動法等の電極としてもそのまま使用可能であ
り、電気刺激による細胞増殖の促進装置の電極としても
適用出来る。その他、当業者が容易に変更、適用可能な
ものに及ぶものであって、これらの種々の応用が本発明
の範囲内に含まれることは当然である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に用いる装置全体の概略図である。 第2図は、細胞融合の過程と電極間電位波形との関係を
示す模式図である。 第3図は、種々の型をした操作チャンバーの概略図であ
る。 第4図は、本発明による操作チャソバ−の構造図である
。 第51?lは、本発明による実施例としてプロトプラス
トの電気的融合率TMV−RNAによるプロトプラスト
の核酸導入率及プロトプラスト破砕率とパルス電圧との
関係を示す図である。 1.2・・・電極、   3・・・スペーサー、4・・
・交流発振器、  5・・・パルス発振器、6・・・オ
ノロスコープ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電気的細胞融合又は核酸導入に用いるチャンバー
    の二つの電極に、電圧と周期を制御可能な発振器からの
    交流電位とパルス電圧とパルス巾とパルス数を制御可能
    なパルス発振器からの直流パルス電位をそれぞれ印加し
    て細胞融合又は核酸導入を行なう電気的細胞操作装置に
    おいて、電極表面が細胞サイズに比較してほとんど無視
    出来る程度に均一に平坦であり、電気分解を起しにくい
    化学的に安定な物質で構成されていることを特徴とする
    電極。
  2. (2)電気的細胞融合又は核酸導入に用いるチャンバー
    の二つの電極に、電圧と周期を制御可能な発振器からの
    交流電位とパルス電圧とパルス巾とパルス数を制御可能
    なパルス発振器からの直流パルス電位をそれぞれ印加し
    て細胞融合又は核酸導入を行なう電気的細胞操作装置に
    おいて、細胞融合又は核酸導入に用いるスペース分を切
    り取った平板スペーサーと、該平板スペーサーを挟む二
    枚の平板電極を、組立て分解が容易にできるように圧着
    手段で圧着した構造を特徴とする操作チャンバー。
  3. (3)表面を鏡面研磨したガラス、石英、サファイヤ、
    プラスチック等の非金属材質、アルミニウム、ステンレ
    ス、銀等の金属材質の平板基板に、金、白金等の金属を
    蒸着したものを用いることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の電極。
  4. (4)金属平板基板に、金、白金、チタン等をメッキし
    表面を鏡面にした該金属平板を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の電極。
  5. (5)白金、チタン、ステンレス等の金属平板を電解研
    磨し、該金属平板を用いることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の電極。
  6. (6)機械加工もしくは電解研磨した平板基板をイオン
    プレーティング加工し、該加工を施した基板を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電極。
  7. (7)大きさ、厚さ、切り取ったスペースが異なった複
    数の平板スペーサーと大きさの異なった複数の平板電極
    を用意し、該平板スペーサーを挟む二枚の該平板電極を
    組みたてることにより、電極間の距離及びチャンバー容
    量を可変に出来ることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の操作チャンバー。
JP61190791A 1986-08-14 1986-08-14 電気的細胞操作装置のための電極 Granted JPS6349065A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61190791A JPS6349065A (ja) 1986-08-14 1986-08-14 電気的細胞操作装置のための電極

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61190791A JPS6349065A (ja) 1986-08-14 1986-08-14 電気的細胞操作装置のための電極

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5070674A Division JP2565463B2 (ja) 1993-02-19 1993-02-19 電気的細胞操作装置のための操作チャンバー

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6349065A true JPS6349065A (ja) 1988-03-01
JPH0567276B2 JPH0567276B2 (ja) 1993-09-24

Family

ID=16263796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61190791A Granted JPS6349065A (ja) 1986-08-14 1986-08-14 電気的細胞操作装置のための電極

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6349065A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0594282A3 (en) * 1992-07-29 1995-09-06 Director General Of Fruit Tree Electrode for electrical cell fusion and electrical introduction of nucleic acids
JP2008054630A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Tosoh Corp 細胞融合装置及びそれを用いた細胞融合方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0594282A3 (en) * 1992-07-29 1995-09-06 Director General Of Fruit Tree Electrode for electrical cell fusion and electrical introduction of nucleic acids
JP2008054630A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Tosoh Corp 細胞融合装置及びそれを用いた細胞融合方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0567276B2 (ja) 1993-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2019758C (en) Improved electroporation device and method
TWI375023B (en) A cellular microarray and its microfabrication method
US5137817A (en) Apparatus and method for electroporation
US8222014B2 (en) Planar electroporation apparatus and method
JP2005506837A (ja) 細胞融合のためのノンリニアーな振幅の誘電泳動用波形
CN101343613B (zh) 柔性高通量细胞电融合微电极阵列芯片装置
JPH05506605A (ja) 固体、半固体または液体物質の操作
CN101857836B (zh) 一种流式电穿孔装置及系统
Bates et al. Electrofusion: principles and applications
JP5170770B2 (ja) 細胞のパターニング方法
JP3099049B2 (ja) 電気的細胞融合及び電気的核酸導入のための大量処理用電極
CN101168724A (zh) 一种细胞电融合芯片及加工方法
CN106995783A (zh) 细胞电转染装置及其应用
CN101870949B (zh) 一种电穿孔芯片及基于电穿孔芯片的多孔板装置
US4830726A (en) Separation of large DNA molecules in alternating asymmetric electric fields
JP2565463B2 (ja) 電気的細胞操作装置のための操作チャンバー
US20090000948A1 (en) Methods for Improving Efficiency of Cell Electroporation Using Dielectrophoreses
JPH0567276B2 (ja)
Sowers Fusion of mitochondrial inner membranes by electric fields produces inside-out vesicles: visualization by freeze-fracture electron microscopy
Teissié Effects of electric fields and currents on living cells and their potential use in biotechnology: a survey
US20090305380A1 (en) Electroporation of adherent cells with an array of closely spaced electrodes
Berg Electrofusion of cells
CN103966090B (zh) 一种可拆卸的电穿孔用孔板装置
CN210886010U (zh) 一种寡核苷酸电洗脱仪
JPS6349066A (ja) 電気細胞融合用電極

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term