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(In Japanese)プレーナーパッチクランプ装置及びプレーナーパッチクランプシステム meetings

Patent code P170014577
File No. AF19-07WO
Posted date Sep 12, 2017
Application number P2015-534348
Date of filing Aug 29, 2014
International application number JP2014072808
International publication number WO2015030201
Date of international filing Aug 29, 2014
Date of international publication Mar 5, 2015
Priority data
  • P2013-180684 (Aug 30, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)宇理須 恒雄
  • (In Japanese)ワン,ツーホン
  • (In Japanese)宇野 秀隆
  • (In Japanese)長岡 靖崇
  • (In Japanese)小林 啓
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)プレーナーパッチクランプ装置及びプレーナーパッチクランプシステム meetings
Abstract (In Japanese)細胞配置領域(4)内に細胞は通過しないが液体は通過する貫通孔(3)を有する電気絶縁性基板(2)と、基板(2)の第一表面(2S)側で貫通孔(3)と連通可能に設けられ第一導電性液体を保持する第一液溜部(6)と、第一液溜部(6)と電気的導通可能に配置される第一電極部(7)と、基板(2)の第二表面(2S’)側で貫通孔(3)と連通可能に設けられ第二導電性液体を保持する第二液溜部(6’)と、第二液溜部(6’)と電気的導通可能に配置される第二電極部(7’)と、第二液溜部(6’)に第二導電性液体を送液する送液流路(8)と、第二液溜部(6’)から第二導電性液体を排液する排液流路(9)と、送液流路(8)及び/又は排液流路(9)に設けられ第二導電性液体の流通を許容又は停止し得ると共に、第二液溜部(6’)と第二電極部(7’)との電気的導通を許容又は停止し得るバルブ(10)とを有する、プレーナーパッチクランプ装置。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


細胞膜に埋め込まれている膜タンパク質であるイオンチャンネルは、生体系の信号伝達に関わる重要なタンパク質である。斯かるイオンチャンネルの機能の計測や、当該機能を利用した薬品開発において、イオンチャンネルを流れる電流を計測することが求められる。斯かる要求に応え、イオンチャンネル電流を計測する技術として開発されたのが、パッチクランプ法である。



パッチクランプ法として最初に開発されたのはピペットパッチクランプ法であるが、細胞のイオンチャンネル電流を単点でしか記録できず、多点計測によるハイスループットスクリーニングに応用できないという課題があった。斯かる課題を解決する技術として、プレーナーパッチクランプ法が開発された。プレーナーパッチクランプ法は、例えば特表2003-511668号公報(特許文献1)、特表2005-536751号公報(特許文献2)等に開示されるように、シリコンチップ等の固体基板に複数の微細な貫通孔を設けるとともに、各貫通孔上に細胞を配置し、電極を用いて各細胞のイオンチャンネル電流を計測することにより、イオンチャンネル電流の多点計測を可能にしたものである。具体的には、基板上の細胞の周囲にバス溶液、基板の貫通孔の下部にピペット溶液をそれぞれ配置し、バス溶液及びピペット溶液にそれぞれ電気的に導通された電極(上部電極及び下部電極)を配置して、電極間に膜電位を印加することにより、イオンチャンネル電流が測定される。



本発明者等はこれまで、プレーナーパッチクランプ法に対して種々の改良を提案してきた。例えば、特開2009-204407号公報(特許文献3)及びUrisu et al., Analytical and Bioanalytical Chemistry, (2008), 391:2703-2709(非特許文献1)には、基板貫通孔の周縁に細胞外マトリックス形成物質を設けることにより、貫通孔の開口部に配置された細胞の寿命を延長して、細胞を培養しながらイオンチャンネル電流を測定することを可能とした、培養型プレーナーパッチクランプ装置が開示されている。国際特許公開第2013/094418号パンフレット(特許文献4)には、電極容器末端を無機多孔質材料で構成し、飽和電極溶液を密閉した電極部(塩橋型電極部)を用いることで、膜電位変動を防止してノイズを低減し、電流測定精度を向上させたプレーナーパッチクランプ装置が開示されている。国際特許出願第PCT/JP2013/57976号(WO2014/045618:特許文献5)には、細胞培養基板の貫通孔を含む細胞配置領域に、突起部で囲まれた細胞定着箇所を形成することで、神経細胞移動を制約しつつ神経ネットワークを構成させることを可能とし、電流測定精度を向上させたプレーナーパッチクランプ装置が記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、細胞膜の電気活動に伴う電流等を計測するプレーナーパッチクランプ装置及びプレーナーパッチクランプシステムに関する。また、プレーナーパッチクランプ装置又はプレーナーパッチクランプシステムを用いた薬剤のスクリーニング方法にも関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
細胞配置領域を有する第一表面及びその反対面である第二表面を有すると共に、細胞配置領域内に細胞を通過させないが液体を通過させ得る貫通孔を有する電気絶縁性基板と、
電気絶縁性基板の第一表面側で貫通孔と連通可能に設けられ、第一導電性液体を保持するための第一液溜部と、
第一液溜部と第一導電性液体を介して電気的導通可能に配置される第一電極部と、
電気絶縁性基板の第二表面側で貫通孔と連通可能に設けられ、第二導電性液体を保持するための第二液溜部と、
第二液溜部と第二導電性液体を介して電気的導通可能に配置される第二電極部と、
第二液溜部に連結され、第二液溜部に第二導電性液体を送液する送液流路と、
第二液溜部に連結され、第二液溜部から第二導電性液体を排液する排液流路と、
送液流路及び/又は排液流路に設けられ、第二導電性液体の流通を許容又は停止し得ると共に、第二液溜部と第二電極部との電気的導通を許容又は停止し得るバルブと
を有する、プレーナーパッチクランプ装置。

【請求項2】
 
電気絶縁性基板が細胞配置領域及びそれに対応する貫通孔をそれぞれ複数有するとともに、複数の細胞配置領域に対応して第二液溜部が複数設けられ、
送液流路が、送液主流路と、送液主流路から分岐され、複数の第二液溜部にそれぞれ連結される複数の送液支流路とを有し、
排液流路が、複数の第二液溜部にそれぞれ連結される複数の排液支流路と、複数の排液支流路が合流する排液主流路とを有し、
第二電極部が、送液主流路及び/又は排液主流路に設けられ、
バルブが、各送液支流路及び/又は各排液支流路に設けられる、
請求項1に記載のプレーナーパッチクランプ装置。

【請求項3】
 
バルブ閉時におけるバルブ前後の電気抵抗値が1メガオーム以上である、請求項1又は2に記載のプレーナーパッチクランプ装置。

【請求項4】
 
請求項1~3の何れか一項に記載のプレーナーパッチクランプ装置と、
前記プレーナーパッチクランプ装置の各バルブの開閉を制御する制御部と、
前記プレーナーパッチクランプ装置の各電極部における電気信号を検出する電気検出部と
を備えるプレーナーパッチクランプシステム。

【請求項5】
 
前記プレーナーパッチクランプ装置を複数備える、請求項4に記載のプレーナーパッチクランプシステム。

【請求項6】
 
前記プレーナーパッチクランプ装置に配置された細胞に由来する光信号を検出する光検出部を更に備える、請求項4又は5に記載のプレーナーパッチクランプシステム。

【請求項7】
 
請求項1~3のいずれか一項に記載のプレーナーパッチクランプ装置、又は請求項4~7のいずれか1項に記載のプレーナーパッチクランプシステムを用いて、神経ネットワークに影響を与える薬剤をスクリーニングする方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015534348thum.jpg
State of application right Published
Reference ( R and D project ) CREST Creation of Nanosystems with Novel Functions through Process Integration AREA
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