[發明專利]平面膜片鉗裝置、該裝置用電極部及細胞離子通道電流測量方法

有效

• 申請號: 201280063562.X
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN104024839B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 宇理須恒雄;王志宏;宇野秀隆;森蒂爾·庫馬爾·奧布里拉吉;長岡靖崇
• 申請（專利權）人: 國立研究開發法人科學技術振興機構
• 主分類號: G01N27/28
• 分類號: G01N27/28;C12M1/34;C12Q1/02;G01N27/00;G01N27/416
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳秋明

技術領域

本發明涉及平面膜片鉗裝置(planar?patch?clamp?device)、該裝置用電極部及細胞離子通道電流測量方法。

更詳細的是，本發明涉及：平面膜片鉗裝置，其是能夠進行多點測量的平面基板型且具有細胞培養功能，能夠有效地抑制離子通道電流測量時的噪聲電流并實現細胞的穩定定位；用于組裝入該裝置的平面膜片鉗裝置用電極部；以及使用該平面膜片鉗裝置進行的細胞離子通道電流測量方法。

背景技術

在構成生命體的細胞的表面配置有各種膜蛋白質，通過化學物質(配位基等的信號傳遞物質)向細胞表面的特定部位的結合、電或光的刺激(控制門觸發器)，作為膜蛋白質的開口部的通道開閉，由此細胞膜的外側與內側之間的離子或化學物質的輸送被控制。進行該控制的離子通道是與生物系的信號傳遞相關的重要的膜蛋白質，在其功能測量或與功能關聯的藥品的開發中，要求測量通道蛋白質的電氣的變化、即離子通道電流。

針對該要求，迄今為止正在開發移液管膜片鉗或平面膜片鉗等的技術。移液管膜片鉗存在無法應用于采用多點測量的高通量篩選(high-throughput?screening)的弱點。與此相對，平面膜片鉗在硅芯片這樣的固體基板上構成多個膜片鉗裝置，由此能夠進行多點測量，在各膜片鉗裝置的細胞配置部位分別設置有用于測量離子通道電流的微細的貫通孔。

例如在下述的專利文獻1中，記載了由用于利用多個膜片鉗細胞來實施膜片鉗記錄的多個電極構成的平面的膜片鉗電極排列。再有，下述的專利文獻2中公開了一種平面型膜片鉗裝置，其在硅基板的上下表面設置電極，在2個電極之間貫通用于電氣地連通的孔，以便測量放置于貫通孔的入口處的細胞的電氣變化。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特表2003-511668號公報

專利文獻2：JP特表2005-536751號公報

專利文獻3：JP特開2009-204407號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Tsuneo?Urisu?et?al，Analytical?andBioanalytical?Chemistry，391(2008)2703-2709

發明內容

-發明所要解決的技術問題-

可是，以往的平面膜片鉗裝置并不具有細胞培養的功能，因此存在無法適用于神經細胞這樣的需要培養的細胞等問題。即，由于成為測量對象的細胞的壽命在非培養條件下短至1小時乃至30分鐘以下，故只能進行藥物研發篩選等被限制的應用，向靈活使用移液管膜片鉗的細胞功能分析等的應用較為困難。進一步，將細胞順暢地輸送至設置于基板上的微細的貫通孔的部位并進行捕獲較為困難。

宇理須及宇野在上述的專利文獻3(申請號：JP特愿2008-046145)及非專利文獻1中提出了解決以上問題的平面膜片鉗裝置。該裝置的特征性構成為：使具有細胞固定力的細胞外基質形成物質(骨膠原、纖維連接蛋白等)附著在設置于基板上的微細的貫通孔中的細胞固定用開口部的周緣，且在基板中的貫通孔兩側的表面部設置能夠向電極通電的貯液槽部，在該貯液槽部內填充了導電性液體(例如細胞培養液)。根據該平面膜片鉗裝置，可以利用細胞外基質形成物質而容易在微細貫通孔的位置捕獲細胞，而且在細胞的培養條件下可以花費足夠的時間進行離子通道活性的測量。

但是，進一步進行研究的結果，判明了上述方案涉及的平面膜片鉗裝置中存在以下的1)、2)的課題。

1)由于使細胞外基質形成物質附著在測量離子通道電流的微細貫通孔的周緣，故被捕獲到的細胞的細胞膜與微細貫通孔周緣的基板表面之間產生少許的間隙，所謂的封接電阻(seal?resistance)降低。流過該間隙的電流作為漏電流而向離子通道電流疊加，若其產生變動，則作為噪聲起作用。因此，在封接電阻已降低的狀態下，即便對于少許的施加膜電位的變動來說噪聲電流也會變大，離子通道電流的準確測量變得困難起來。

針對該課題，僅僅是放棄細胞外基質形成物質的利用，微細貫通孔的位置處容易捕獲細胞這一優點也被無視。另一方面，作為上述的噪聲電流對策，除了增大封接電阻以外，抑制電極側的施加膜電位的變動也是有效的。再有，在本來封接電阻就不低的情況下，實現離子通道電流的更準確的測量，而且實施基于施加膜電位的變動抑制的噪聲電流對策也是有效的。

2)在微細貫通孔的位置處被捕獲到的細胞在培養狀態下每每會向從微細貫通孔脫離的位置移動。因為這種細胞的移動，無法測量離子通道電流。