專利名稱：模型細(xì)胞芯片，利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置以及藥效評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模型細(xì)胞芯片、利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置以及藥效評(píng)價(jià) 方法。特別是，本發(fā)明涉及一種利用了 hERG表達(dá)細(xì)胞的模型細(xì)胞芯片和利用模型細(xì)胞芯片 的藥效評(píng)價(jià)裝置、以及藥物對(duì)心肌細(xì)胞的心肌毒性檢查裝置、心肌毒性檢查芯片以及心肌 毒性檢查方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)常使用生物測(cè)定來觀察細(xì)胞的狀態(tài)變化、細(xì)胞對(duì)藥劑等的響應(yīng)。在現(xiàn)有的生物 測(cè)定中，一般來說使用培養(yǎng)細(xì)胞的情況較多。在這種系統(tǒng)中使用多個(gè)細(xì)胞來進(jìn)行測(cè)定，因此 如同觀察一個(gè)細(xì)胞的特性那樣觀察細(xì)胞群的值的平均值。 但是，實(shí)際上，在群中細(xì)胞周期同步的細(xì)胞較為罕見，各個(gè)細(xì)胞以不同的周期表達(dá)
蛋白質(zhì)。因此，在解析對(duì)剌激的響應(yīng)結(jié)果時(shí)，總是伴隨著發(fā)生波動(dòng)的問題。 S卩，由于存在細(xì)胞的反應(yīng)機(jī)構(gòu)自身所普遍具有的響應(yīng)的波動(dòng)，因此始終只能得到
平均響應(yīng)。為了解決這些問題，開發(fā)了同步培養(yǎng)等方法，但是要始終使用處于相同階段的細(xì)
胞群，就必須始終持續(xù)供給那樣的細(xì)胞，因而成為廣泛普及生物測(cè)定的障礙。 另外，在實(shí)際情況下，對(duì)細(xì)胞的剌激(signal :信號(hào))中存在由包含在細(xì)胞周圍的
溶液中的信號(hào)物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)、溶解氣體的量所帶來的剌激以及與其它細(xì)胞之間的物理接觸和
細(xì)胞間的相互作用所引起的剌激這兩種，因此難以進(jìn)行關(guān)于波動(dòng)的判斷。 通過利用組織碎片那樣的細(xì)胞塊進(jìn)行生物測(cè)定能夠在某種程度上解決細(xì)胞的物
理接觸/細(xì)胞間交互作用的問題。但是，在這種情況下，與培養(yǎng)細(xì)胞不同，無法得到屬性始
終均勻的細(xì)胞塊。因此，導(dǎo)致所得到的數(shù)據(jù)分散或信息被埋沒在群中的問題。 為了進(jìn)行以細(xì)胞群的單個(gè)細(xì)胞為最小結(jié)構(gòu)單位的信息處理模型的測(cè)量，本申請(qǐng)的
發(fā)明者們?nèi)缛毡咎亻_2006-94703 (專利文獻(xiàn)l)所示那樣，提出了如下構(gòu)造的聚集細(xì)胞微陣
列(生物測(cè)定芯片)構(gòu)成用于將細(xì)胞關(guān)在特定的空間配置中的多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)，相鄰的區(qū)
之間通過細(xì)胞無法穿過的槽或通道來相互連結(jié)，并且，根據(jù)需要在槽或通道或者細(xì)胞培養(yǎng)
區(qū)設(shè)置用于測(cè)量細(xì)胞的電位變化的多個(gè)電極圖案。 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-94703號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題 在現(xiàn)有的生物測(cè)定中，將細(xì)胞作為組織碎片進(jìn)行處理、或者如培養(yǎng)細(xì)胞那樣作為 一個(gè)細(xì)胞進(jìn)行處理。當(dāng)細(xì)胞的數(shù)量過多時(shí)，如在上述現(xiàn)有技術(shù)一項(xiàng)中所述的那樣，所得到 的信息為平均值，因而存在無法正確得到對(duì)藥劑等的響應(yīng)的問題。在每次使用一個(gè)細(xì)胞的 情況下，將原本作為多細(xì)胞組織的細(xì)胞而發(fā)揮功能的細(xì)胞作為分開的獨(dú)立狀態(tài)的細(xì)胞來使 用，因此不會(huì)表現(xiàn)出細(xì)胞之間交互作用的影響，在得到正確的藥劑響應(yīng)、即生物測(cè)定數(shù)據(jù)上
6仍然存在問題。 開發(fā)如下一種設(shè)備、系統(tǒng)很重要在評(píng)價(jià)藥劑對(duì)細(xì)胞的影響的情況下，能夠以一個(gè) 細(xì)胞為單位正確地測(cè)量細(xì)胞電位、細(xì)胞形態(tài)，并且關(guān)于藥劑對(duì)細(xì)胞的毒性檢查，能夠作為一 個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞電位、細(xì)胞形態(tài)來正確地進(jìn)行測(cè)量。
并且，開發(fā)如下一種設(shè)備、系統(tǒng)很重要當(dāng)觀察心肌細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞時(shí)，關(guān)于 來自相鄰的心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的搏動(dòng)的傳播，能夠以一個(gè)細(xì)胞為單位正確地測(cè)量細(xì)胞 電位、細(xì)胞形態(tài)，并且關(guān)于藥物對(duì)心肌細(xì)胞的毒性檢查，能夠作為一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞電位、細(xì) 胞形態(tài)來正確地進(jìn)行測(cè)量。
肝碰l、口扁勺錄 本發(fā)明提供以下的模型細(xì)胞芯片、利用該模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置以及包括 利用該模型細(xì)胞芯片進(jìn)行藥效評(píng)價(jià)的藥效評(píng)價(jià)方法。
(1) —種模型細(xì)胞芯片，其特征在于，具有
基板； 配置在該基板上的保持細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的多個(gè)細(xì)胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)細(xì) 胞組成且是進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞的細(xì)胞群； 保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì)胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞 協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述hERG 表達(dá)細(xì)胞周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞； 微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述hERG表達(dá)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)；以及 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
(2)根據(jù)上述(1)所述的模型細(xì)胞芯片，在形成有保持上述細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的
多個(gè)細(xì)胞保持部的區(qū)域與配置有上述hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部的區(qū)域之間設(shè)置有障
壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述hERG
表達(dá)細(xì)胞協(xié)作的開口部。 (3)根據(jù)上述(1)所述的模型細(xì)胞芯片，上述細(xì)胞保持部被具有上述細(xì)胞無法穿 過的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍。
(4) —種利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，具有
基板； 配置在該基板上的保持細(xì)胞群的細(xì)胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心 肌細(xì)胞組成； 保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì)胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞 協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述hERG 表達(dá)細(xì)胞周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞；
微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述hERG表達(dá)細(xì)胞；
7
比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從
由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 添加單元，其將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；以及 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接
的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄。
(5)根據(jù)上述(4)所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，在形成有上述細(xì)胞 群的區(qū)域與配置有上述hERG表達(dá)細(xì)胞的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng) 液的流動(dòng)，并且具有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述hERG表達(dá)細(xì)胞協(xié)作的開口部。
(6)根據(jù)上述(4)所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，
上述細(xì)胞保持部被具有上述細(xì)胞無法穿過的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍。
(7)根據(jù)上述(4)所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置， 將添加要作用于上述細(xì)胞的藥劑的單元附加到供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液的培養(yǎng)液供 給單元。 (8) —種利用模型細(xì)胞芯片評(píng)價(jià)要作用于上述細(xì)胞的藥劑的藥效評(píng)價(jià)方法，使用 利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置， 在該藥效評(píng)價(jià)方法中，在將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液 時(shí)，評(píng)價(jià)上述細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)是否使上述hERG表達(dá)細(xì)胞所產(chǎn)生的電信號(hào)的振幅降低，
其中，上述利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置的特征在于，具有
基板； 配置在該基板上的保持細(xì)胞群的細(xì)胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心 肌細(xì)胞組成； 保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì)胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞 協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述hERG 表達(dá)細(xì)胞周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞；
微小電極，其設(shè)置在上述基板上，載置上述hERG表達(dá)細(xì)胞；
比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從
由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 添加單元，其用于將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；以及
測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄。
(9) —種模型細(xì)胞芯片，具備
基禾反； 心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該基板上的保持細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的多個(gè)細(xì)胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞組成； hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域，其包含保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì) 胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域和上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域的周圍的壁來規(guī)定； 載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的 一個(gè)細(xì)胞保持部中載置心肌細(xì)胞； 載置hERG表達(dá)細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持 區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞保持部中載置hERG表達(dá)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)；以及
與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
(10) —種利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，具備
基板； 心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該基板上的保持細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的多個(gè)細(xì) 胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞組成； hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域，其包含保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì) 胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域和上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域的周圍的壁來規(guī)定； 載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的 一個(gè)細(xì)胞保持部中載置心肌細(xì)胞； 載置hERG表達(dá)細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持 區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞保持部中載置hERG表達(dá)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)；以及 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培
養(yǎng)液以及從上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 細(xì)胞培養(yǎng)液供給單元，其用于將想要作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑添加到上 述細(xì)胞培養(yǎng)液；以及 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄。 (11) —種藥效評(píng)價(jià)方法，使用上述(10)所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝 置，在該藥效評(píng)價(jià)方法中，在將想要作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng) 液時(shí)，對(duì)由于上述心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)而在上述hERG表達(dá)細(xì)胞中產(chǎn)生的電信號(hào)的振 幅降低進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑進(jìn)行利用模型細(xì)胞芯片的藥效 評(píng)價(jià)。 本發(fā)明利用將一個(gè)細(xì)胞關(guān)在特定的空間配置中的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成管理適當(dāng)尺寸的心肌 細(xì)胞群并使其進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)來使其作為起搏器而發(fā)揮功能。并且，相鄰地構(gòu)成僅容納一個(gè) 與該細(xì)胞群相互作用的hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部。在通常的培養(yǎng)液的條件下，使心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)傳播給hERG表達(dá)細(xì)胞。利用對(duì)心肌細(xì)胞群的一個(gè)心肌細(xì)胞設(shè)置的電極
和對(duì)hERG表達(dá)細(xì)胞設(shè)置的電極來測(cè)量各自的細(xì)胞電位，從而檢測(cè)該傳播狀態(tài)。 接著，在添加了要作用于hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑的培養(yǎng)液的條件下，進(jìn)行與上述相
同的測(cè)量、檢測(cè)，通過對(duì)各自的測(cè)量、檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較來評(píng)價(jià)藥劑對(duì)hERG表達(dá)細(xì)胞的毒性。 本發(fā)明還提供下面的心肌毒性檢查裝置、心肌毒性檢查芯片以及心肌毒性檢查方 法。
(1) —種心肌毒性檢查裝置，其特征在于，具有
透明基板； 細(xì)胞群，其配置在該透明基板上，由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞組成； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)，由多個(gè)
直列排列的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞組成； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成于上述透明基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從 由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 添加單元，其將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞； 相分離的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基板上，分別載置上述
細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的若干個(gè)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞電位并進(jìn)行記錄；以及 光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)配置在上述透明基板上的一個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。
(2)根據(jù)上述(1)所述的心肌毒性檢查裝置，上述細(xì)胞被具有上述細(xì)胞無法穿過 的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍。
(3)根據(jù)上述(1)所述的心肌毒性檢查裝置，在形成有上述細(xì)胞群的區(qū)域與形成
有上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具
有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的端部的細(xì)胞協(xié)作的開口部。
(4)根據(jù)上述(1)所述的心肌毒性檢查裝置，將添加要作用于上述細(xì)胞的藥劑的
單元附加到使上述細(xì)胞培養(yǎng)液回流的培養(yǎng)液回流單元。
(5) —種心肌毒性檢查裝置，其特征在于，具有 透明基禾反； 細(xì)胞群，其配置在該透明基板上，由多個(gè)細(xì)胞組成； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)，由多個(gè) 直列排列的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞組成； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述透明基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從
10由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 添加單元，其將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞； 相分離的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基板上，分別載置上述
細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的若干個(gè)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞電位并進(jìn)行記錄；
載物臺(tái)，其在X-Y方向被驅(qū)動(dòng)，并且載置上述透明基板；以及 光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)載置在上述載物臺(tái)上的上述透明基板上的細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光 (6)根據(jù)上述(5)所述的心肌毒性檢查裝置，上述細(xì)胞被具有上述細(xì)胞無法穿過 的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍。
(7)根據(jù)上述(5)所述的心肌毒性檢查裝置，在形成有上述細(xì)胞群的區(qū)域與形成
有上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具
有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的端部的細(xì)胞協(xié)作的開口部。
(8)根據(jù)上述(5)所述的心肌毒性檢查裝置，將添加要作用于上述細(xì)胞的藥劑的
單元附加到供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液的培養(yǎng)液供給單元。
(9) —種心肌毒性檢查芯片，其特征在于，具有 透明基板； 細(xì)胞群，其配置在該透明基板上，由多個(gè)細(xì)胞組成； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)，由多個(gè) 直列排列的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞組成； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述透明基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞； 相分離的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基板上，分別載置上述
細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的若干個(gè)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
(10)根據(jù)上述(9)所述的心肌毒性檢查芯片，上述細(xì)胞被具有上述細(xì)胞無法穿過
的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍。
(11)根據(jù)上述(9)所述的心肌毒性檢查芯片，在形成有上述細(xì)胞群的區(qū)域與形成
有上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具
有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的端部的細(xì)胞協(xié)作的開口部。
(12) —種心肌毒性檢查方法，使用心肌毒性檢查裝置，在該心肌毒性檢查方法中，
在將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液時(shí)，評(píng)價(jià)是否使上述細(xì)胞群所產(chǎn)生
的搏動(dòng)在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道中傳播的速度延遲，從而檢查要作用于上述細(xì)胞的藥劑對(duì)心肌
的毒性，
11
其中，上述心肌毒性檢查裝置具有
透明基板； 細(xì)胞群，其配置在該透明基板上，由多個(gè)細(xì)胞組成； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)，由多個(gè) 直列排列的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞組成； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的壁，其形成在上述透明基板上，用于對(duì)上述細(xì)胞群和上述 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周邊填充細(xì)胞培養(yǎng)液； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從 由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 添加單元，其將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，載置上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞； 相分離的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基板上，分別載置上述
細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的若干個(gè)細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞電位并進(jìn)行記錄；以及 光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)配置在上述透明基板上的一個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。
(13) —種心肌毒性檢查裝置，具備
透明基板； 心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的多個(gè)細(xì)胞保持部(CH^ ，該多 個(gè)細(xì)胞保持部(CHe)用于保持進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其用于與上述細(xì)胞保持部的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述心肌細(xì)胞群 的搏動(dòng)，包括直列排列的多個(gè)細(xì)胞保持部(CH》，該細(xì)胞保持部(CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖 維細(xì)胞； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保 持區(qū)域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其用于向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以 及從由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 藥劑供給單元，其用于將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；
載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域的一個(gè)細(xì)胞保持部(CHe)中載置心肌細(xì)胞； 載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透 明基板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì) 胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接
的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄；以及 光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)配置在上述透明基板上的細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。 (14)根據(jù)上述(13)所述的心肌毒性檢查裝置，上述細(xì)胞保持部(CHe、CHn)各自被規(guī)定為由設(shè)置在上述透明基板上的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁包圍的空間，該壁具有上述細(xì)胞 無法穿過的一個(gè)以上的間隙。
(15)根據(jù)上述(13)所述的心肌毒性檢查裝置，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域與形 成上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具 有用于使上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的多個(gè)細(xì)胞保持部(ay中的一個(gè)細(xì)胞保持部所容納的 細(xì)胞與上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的端部的細(xì)胞保持部(CHn)的細(xì)胞協(xié)作的開口部。
(16) —種心肌毒性檢查裝置，具備
透明基板； 心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHe);
細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其與該心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的細(xì)胞保持部(CHe)的一個(gè)細(xì)胞協(xié) 作來傳播上述心肌細(xì)胞群的搏動(dòng)，包括多個(gè)直列排列的細(xì)胞保持部(CHJ，該細(xì)胞保持部 (CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保 持區(qū)域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定； 培養(yǎng)液供給和排出單元，其用于向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以 及從由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液； 藥劑供給單元，其用于將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；
載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域的一個(gè)細(xì)胞保持部(CHe)中載置心肌細(xì)胞； 載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透 明基板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì) 胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)； 測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接 的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄；
載物臺(tái)，其在X-Y方向被驅(qū)動(dòng)，并且載置上述透明基板；以及 光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)載置在上述載物臺(tái)上的上述透明基板上的細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光 (17) —種心肌毒性檢查芯片，具備
透明基板； 心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的多個(gè)細(xì)胞保持部(C4)，該多 個(gè)細(xì)胞保持部(CHe)用于保持心肌細(xì)胞； 細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其用于與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述心肌細(xì)胞群的搏 動(dòng)，包括直列排列的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHJ，該細(xì)胞保持部(CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖維細(xì) 胞； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保 持區(qū)域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定； 載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域的一個(gè)細(xì)胞保持部(CHe)中載置心肌細(xì)胞；
載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透 明基板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì) 胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)；以及 與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
(18) —種心肌毒性檢查方法，使用上述(13) (16)中的任一項(xiàng)所述的心肌毒
性檢查裝置，在該心肌毒性檢查方法中，在將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞
培養(yǎng)液時(shí)，評(píng)價(jià)是否使上述心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道中傳播的速度延
遲，從而檢查要作用于上述細(xì)胞的藥劑對(duì)心肌的毒性。 本發(fā)明利用將一個(gè)細(xì)胞關(guān)在特定的空間配置中的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成管理適當(dāng)大小的心肌 細(xì)胞群并使其進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)來使其作為起搏器而發(fā)揮功能。并且，構(gòu)成直列排列多個(gè)與該 細(xì)胞群交互作用的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞而得到的搏動(dòng)細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道。在通常的培養(yǎng)液的 條件下，使心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)傳播給搏動(dòng)細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，使該傳播在直列排列的心 肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中依次地傳播。利用對(duì)心肌細(xì)胞群的一個(gè)心肌細(xì)胞設(shè)置的電極以及對(duì) 直列排列的心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的若干個(gè)細(xì)胞分別設(shè)置的電極來測(cè)量細(xì)胞電位，從而檢 測(cè)該傳播狀態(tài)。并且，對(duì)直列排列的搏動(dòng)細(xì)胞中的心肌細(xì)胞進(jìn)行搏動(dòng)狀態(tài)的光學(xué)檢測(cè)。
接著，在添加了要作用于心肌細(xì)胞的藥劑的培養(yǎng)液的條件下，進(jìn)行與上述相同的 測(cè)量、檢測(cè)，通過對(duì)各自的測(cè)量、檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較來評(píng)價(jià)藥劑對(duì)心肌細(xì)胞的毒性。
制月隨果 根據(jù)本發(fā)明，能夠正確測(cè)量藥劑對(duì)hERG表達(dá)細(xì)胞的毒性并進(jìn)行評(píng)價(jià)。 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⑿募〖?xì)胞和成纖維細(xì)胞的每個(gè)細(xì)胞的搏動(dòng)傳播正確地測(cè)量為
細(xì)胞電位、光學(xué)數(shù)據(jù)并進(jìn)行評(píng)價(jià)。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的模型細(xì)胞芯片以及利用模 型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置的構(gòu)造的一例的立體圖。 圖2是示意性地表示圖1所示的模型細(xì)胞芯片以及利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià) 裝置的細(xì)胞保持部CH的結(jié)構(gòu)的一例的立體圖。 圖3的(a) 、 (b) 、 (c)以及(d)是表示與本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的細(xì)胞電位的測(cè) 量有關(guān)的信號(hào)的圖。 圖4是示意性地表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的心肌毒性檢查裝置的構(gòu)造 的一例的立體圖。 圖5是示意性地表示圖4所示的心肌毒性檢查裝置的細(xì)胞保持部CH的結(jié)構(gòu)的一 例的立體圖。 圖6是說明對(duì)圖4所示的心肌毒性檢查裝置的細(xì)胞保持部CH所保持的細(xì)胞進(jìn)行 光學(xué)檢測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)的圖。 圖7的(a) 、 (b)以及(c)是表示與細(xì)胞電位的測(cè)量有關(guān)的信號(hào)的圖。(a)是由細(xì) 胞群叫的搏動(dòng)引起的細(xì)胞電位，(b)是在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下由靶細(xì)胞的搏 動(dòng)引起的細(xì)胞電位，(c)是在培養(yǎng)液中包含有藥物的狀態(tài)下由靶細(xì)胞的搏動(dòng)引起的細(xì)胞電位。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示在微小電極2與比較電極2c之間得到的細(xì)胞電位。 圖8的(a) 、 (b)以及(c)是表示與利用光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化而
得到的結(jié)果有關(guān)的信號(hào)的圖。(a)是細(xì)胞群10e的細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化。(b)的上部分
示出在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下靶細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化，下部分示出為了將
該體積變化作為電信號(hào)來進(jìn)行評(píng)價(jià)而將其處理為時(shí)間微分值時(shí)的波形。(c)是用于評(píng)價(jià)在
培養(yǎng)液中包含有藥物的狀態(tài)下靶細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化的說明圖，與圖8的(a)、圖8的
(b)相比放大示出時(shí)間軸。 圖9的(a)是表示在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下伴隨靶細(xì)胞的Na+離子、 Ca2+離子、K+離子成分的流入流出量的細(xì)胞電位變化的圖，(b)是表示在培養(yǎng)液中包含有藥 物的狀態(tài)下伴隨靶細(xì)胞的Na+離子、&2+離子、IC離子成分的流入流出量的細(xì)胞電位變化的 圖。 附圖標(biāo)記說明(第一實(shí)施方式(圖1 3)) 1 :透明基板;2 :微小電極；2c :比較電極；2':微小電極2的引出線以及 34 :瓊脂糖凝膠壁A、42、43以及44 :間隙;7 :包圍周邊的壁；8^8^83 :管;PC :個(gè)人計(jì)算機(jī); Ms :個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作信號(hào)；叫心肌細(xì)胞；CHe :細(xì)胞群；C^ :細(xì)胞保持部；叫hERG表達(dá) 細(xì)胞；lla :障壁；llb :開口 ；100 :利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置。
(第二實(shí)施方式(圖4 9)) 1 :透明基板;2 :微小電極；2c :比較電極；2':微小電極2的引出線以及 34 :瓊脂糖凝膠壁A、42、43以及44 :間隙;7 :包圍周邊的壁；8^8^83 :管;PC :個(gè)人計(jì)算機(jī); Ms :個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作信號(hào)；10。、10p102、103、…10n:心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞；15 :光學(xué)觀 察裝置的透明載物臺(tái)；16 :X-Y驅(qū)動(dòng)裝置；18 :Z驅(qū)動(dòng)裝置；CH" CH2、 CH3以及CHn:細(xì)胞保持 部；CC C :細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道；10e :細(xì)胞群；lla :障壁；llb :開口 ；19 :分色鏡；20 :帶通濾波器； 21 :照相機(jī)；22 :光源；23 :帶通濾波器；24 :快門；25 :聚光透鏡；26 :物鏡;100 :心肌毒性檢 查裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1是示意性地表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的模型細(xì)胞芯片以及利用模 型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置的構(gòu)造的一例的立體圖。圖2是示意性地表示圖1所示的模 型細(xì)胞芯片以及利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置的細(xì)胞保持部CH的結(jié)構(gòu)的一例的立體 圖。 100是利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，構(gòu)成為以構(gòu)建在透明基板1上的部件 為主體。透明基板l是光學(xué)透明的材料，例如是玻璃基板或硅基板。2是微小電極，例如被 設(shè)為由ITO構(gòu)成的透明電極，配置在透明基板l上。2'是微小電極2的引出線。3p&、33 以及34是瓊脂糖凝膠壁，在微小電極2的周邊隔著間隙U2、43以及44地進(jìn)行配置。瓊脂 糖凝膠壁3p&、33以及34的中心部被切掉而形成成為細(xì)胞容納部的空間。在透明基板1上 的由瓊脂糖凝膠壁3p&、33以及34形成的成為細(xì)胞容納部的空間，根據(jù)需要來配置微小電 極2。與微小電極2的有無無關(guān)地，細(xì)胞容納部都能夠容納一個(gè)細(xì)胞10。在圖2中，在透明 基板1上的由瓊脂糖凝膠壁3p32、33以及34形成的成為細(xì)胞容納部的空間配置有微小電極
152，在該微小電極2上容納有心肌細(xì)胞10lt)示出微小電極2與引出線2'連接而被引出的情 形。最好事先在微小電極2的細(xì)胞載置面、以及不設(shè)置微小電極2而在透明基板1上直接載 置細(xì)胞時(shí)的細(xì)胞載置面涂敷膠原蛋白等有助于細(xì)胞與電極表面以及透明基板粘著的材料。 關(guān)于由瓊脂糖凝膠壁3p&、33以及34形成的細(xì)胞容納部?jī)?nèi)的細(xì)胞，由于瓊脂糖凝膠對(duì)細(xì)胞 來說沒有粘合性，因此即使將該壁3p&、33以及34的高度設(shè)為與細(xì)胞相同程度，細(xì)胞10也 不會(huì)越過壁而進(jìn)行移動(dòng)。另外，在切掉瓊脂糖凝膠壁3p&、33以及34的中心部而形成的細(xì) 胞容納部的周邊的間隙U2、43以及44被設(shè)為小于細(xì)胞的大小，因此細(xì)胞IO不會(huì)穿過該間 隙4p42、43以及44而進(jìn)行移動(dòng)。 在圖1中，心肌細(xì)胞群保持區(qū)域包含3X3個(gè)細(xì)胞保持部CH，細(xì)胞保持部CH分別在 細(xì)胞容納部保持一個(gè)心肌細(xì)胞10e。由該3X3個(gè)細(xì)胞保持部CH的心肌細(xì)胞10e構(gòu)成的細(xì)胞 群CHe作為進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的起搏器而發(fā)揮功能。在細(xì)胞群CHe中，僅一個(gè)細(xì)胞保持部CH具備 微小電極2，并引出有引出線2、。另外，在細(xì)胞保持部C^中保持有hERG表達(dá)細(xì)胞10p該 細(xì)胞保持部構(gòu)成為與細(xì)胞群CHe的右側(cè)中央的細(xì)胞保持部CH相面對(duì)。細(xì)胞保持部 具備微小電極2， hERG表達(dá)細(xì)胞1(^載置在該微小電極2上。從微小電極2引出有引出線 2' p在細(xì)胞群CHe的右側(cè)與細(xì)胞保持部的左端部之間設(shè)置有障壁lla，以隔開hERG表 達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域與上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其中，上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域包含保持 hERG表達(dá)細(xì)胞l(^的細(xì)胞保持部CH"在該障壁lla的中央部的下部形成較小的開口 llb。 在該開口 llb的兩側(cè)分別存在相面對(duì)的細(xì)胞群CHe的右側(cè)中央的細(xì)胞保持部CH和細(xì)胞保持 部C&，構(gòu)成為各自所保持的細(xì)胞能夠通過各自的細(xì)胞容納部的周邊的間隙4而物理接觸/ 細(xì)胞間交互作用。在細(xì)胞群CHe的下部設(shè)置有比較電極2c，并引出有引出線2' c。
7是包圍周邊的壁，包圍細(xì)胞群CH。細(xì)胞保持部C^以及比較電極2c。 8工和^是用 于向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給細(xì)胞培養(yǎng)液以及從壁7的內(nèi)部區(qū)域排出細(xì)胞培養(yǎng)液的管，在圖例 中，從延伸至基板1的底面附近的管8工供給培養(yǎng)液，從延伸至基板1的底面附近的管82排 出培養(yǎng)液。在供給培養(yǎng)液的管8工的培養(yǎng)液出口附近接合有管83，通過該管83供給想要作用 于細(xì)胞的藥劑。因而，細(xì)胞10暴露在通過管8工向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給的細(xì)胞培養(yǎng)液中，并 且穩(wěn)定地保持在微小電極2上。在不需要將細(xì)胞暴露在培養(yǎng)液中時(shí)，通過管82將培養(yǎng)液從 壁7的內(nèi)部區(qū)域排出即可。另外，在將培養(yǎng)液交換成新的培養(yǎng)液時(shí)，在排出培養(yǎng)液之后、或 者在排出培養(yǎng)液的同時(shí)供給培養(yǎng)液即可。另一方面，在想要使藥劑作用于細(xì)胞時(shí)，通過管82 排出培養(yǎng)液，并且通過管83將想要作用于細(xì)胞的藥劑添加到培養(yǎng)液并通過管8工與培養(yǎng)液一 起供給即可。此時(shí)，由于在細(xì)胞群CHe與細(xì)胞保持部之間設(shè)置有障壁lla，因此在通過管 8工向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給包含藥劑的培養(yǎng)液時(shí)，與細(xì)胞保持部的hERG表達(dá)細(xì)胞受到藥 劑的影響的程度相比，細(xì)胞群CHe的細(xì)胞受到藥劑的影響的程度較低。S卩，在通過管8J共給 包含藥劑的培養(yǎng)液時(shí)，該培養(yǎng)液越過障壁11a的兩側(cè)與壁7之間的縫隙以及障壁llj勺上面 也供給到細(xì)胞群CHe，因此細(xì)胞群CHe的細(xì)胞也受到藥劑的影響。但是，該影響與對(duì)細(xì)胞保持 部的hERG表達(dá)細(xì)胞的影響相比較為間接，因此并不會(huì)給作為起搏器的功能帶來影響。 此外，管8p管^以及管83的結(jié)構(gòu)、配置可以根據(jù)測(cè)量的方法而任意地進(jìn)行變更。例如，可 以將管8工和管83設(shè)為相分離的管，也可以設(shè)為省略管82而將管8工使用于供給、排出雙方。
PC是個(gè)人計(jì)算機(jī)，在細(xì)胞保持部CH的微小電極2的引出線2'與比較電極2C的引 出線2'之間測(cè)量細(xì)胞電位并進(jìn)行記錄。另外，對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)9施加操作者的操作信號(hào)Ms。
如果示出圖1所示的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置100的構(gòu)造的主要 尺寸的示例，則如下。這是將細(xì)胞的大小設(shè)為10ym小的例。透明基板l的大小為 100mmX 150mm，微小電極2的大小為8 y mX 8 y m，瓊脂糖凝膠壁3^3^33以及34各自的大小 為20 ii mX 20 ii mX 10 ii m(高度)，間隙以及44的寬度為2 y m，由瓊脂糖凝膠壁3^ 32、33以及34形成的成為細(xì)胞容納部的空間是12iim小的圓柱狀，壁7的外形為5mmX5mm、 高度為5mm。障壁lla的高度為lmm。此夕卜，在此，將微小電極2設(shè)為8 y mX8 y m的正方形， 但是也可以設(shè)為由瓊脂糖凝膠壁3p&、33以及34的整體與間隙4p42、43以及44的寬度構(gòu) 成的成為細(xì)胞容納部的10ym小的圓狀的電極。 下面，說明本發(fā)明的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置100的結(jié)構(gòu)例以及使用了 該藥效評(píng)價(jià)裝置100的具體的測(cè)量例。 圖3的(a)、圖3的(b)、圖3的(c)以及圖3的(d)是表示與本發(fā)明的第一實(shí)施 方式中的細(xì)胞電位的測(cè)量有關(guān)的信號(hào)的圖。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示在微小電極2與比較 電極2e之間得到的細(xì)胞電位。圖3的(a)是由心肌細(xì)胞的細(xì)胞群CHe的搏動(dòng)引起的細(xì)胞電 位。在此，是圖l所示的從載置有細(xì)胞群CHe的一個(gè)心肌細(xì)胞的電極引出的引出線2' e與 從比較電極2c引出的引出線2' e之間的電位。如圖所示，示出穩(wěn)定搏動(dòng)，從而可知能夠作 為起搏器而發(fā)揮功能。圖3的(b)是在培養(yǎng)液中不包含藥劑的通常狀態(tài)下由靶細(xì)胞的搏動(dòng) 引起的細(xì)胞電位。在此，將測(cè)量靶細(xì)胞設(shè)為細(xì)胞保持部C^的hERG表達(dá)細(xì)胞，測(cè)量從載置有 hERG表達(dá)細(xì)胞叫的電極引出的引出線2'工與從比較電極2。引出的引出線2' c之間的電 位。與圖3的(a)的波形進(jìn)行比較可知，觀察到成為1^1 表達(dá)細(xì)胞101引起的以僅伴隨1(+ 離子成分的流入流出量的細(xì)胞電位變化為主體的波形。與此相對(duì)地，圖3的(c)是在培養(yǎng) 液中包含有藥劑的狀態(tài)下靶細(xì)胞的hERG表達(dá)細(xì)胞1(^引起的以僅伴隨K+離子成分的流入 流出量的細(xì)胞電位變化為主體的細(xì)胞電位。在此，藥劑僅使hERG表達(dá)細(xì)胞1(^的K+離子成 分的流入流出量降低，因此在信號(hào)強(qiáng)度降低的狀態(tài)下進(jìn)行了檢測(cè)。圖3的(d)是在培養(yǎng)液 中包含有藥劑的狀態(tài)下靶細(xì)胞的hERG表達(dá)細(xì)胞1(^引起的以僅伴隨K+離子成分的流入流 出量的細(xì)胞電位變化為主體的細(xì)胞電位。在此，藥劑僅使hERG表達(dá)細(xì)胞1(^的K+離子成分 的流入流出量降低，因此在信號(hào)強(qiáng)度降低的狀態(tài)下進(jìn)行了檢測(cè)。即，能夠?qū)⑺巹?duì)hERG表 達(dá)細(xì)胞的毒性作為信號(hào)強(qiáng)度的降低來進(jìn)行評(píng)價(jià)。 此外，在第一實(shí)施方式中，設(shè)為以光學(xué)透明的材料構(gòu)成基板1和電極2，因此雖未 具體說明，但是能夠同時(shí)利用光學(xué)顯微鏡來觀察細(xì)胞的搏動(dòng)狀態(tài)。這樣，與僅用脈沖電位進(jìn) 行評(píng)價(jià)相比，能夠多方面地評(píng)價(jià)藥劑的影響。反之，在不利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察的情況 下，不需要以光學(xué)透明的材料構(gòu)成基板1和電極2。 圖4是示意性地表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的心肌毒性檢查裝置的構(gòu)造 的一例的立體圖。圖5是示意性地表示圖4所示的心肌毒性檢查裝置的細(xì)胞保持部CH的 結(jié)構(gòu)的一例的立體圖。圖6是說明對(duì)圖4所示的心肌毒性檢查裝置的細(xì)胞保持部CH所保 持的細(xì)胞進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)的圖。 100是心肌毒性檢查裝置，構(gòu)成為以構(gòu)建在透明基板1上的部件為主體。透明基 板1是光學(xué)透明的材料，例如是玻璃基板或硅基板。2是微小電極，例如被設(shè)為由ITO構(gòu)成 的透明電極，配置在透明基板l上。2'是微小電極2的引出線。3^&、33以及34是瓊脂糖 凝膠壁，在微小電極2的周邊隔著間隙以及44地進(jìn)行配置。瓊脂糖凝膠壁3p32、33以及34的中心部被切掉而形成成為細(xì)胞容納部的空間。在透明基板1上的由瓊脂糖凝 膠壁3^3^33以及34形成的成為細(xì)胞容納部的空間，根據(jù)需要而配置微小電極2。與微小 電極2的有無無關(guān)地，在細(xì)胞容納部能夠容納一個(gè)細(xì)胞10。在圖5中，透明基板1上的由瓊 脂糖凝膠壁3p32、33以及34形成的成為細(xì)胞容納部的空間配置有微小電極2，在該微小電 極2上容納有心肌細(xì)胞10。。示出微小電極2與引出線2'連接而被引出的情形。最好事先 在微小電極2的細(xì)胞載置面、以及不設(shè)置微小電極2而在透明基板1上直接載置細(xì)胞時(shí)的 細(xì)胞載置面涂敷膠原蛋白等有助于細(xì)胞與電極表面以及透明基板粘著的材料。關(guān)于由瓊脂 糖凝膠壁3p&、33以及34形成的細(xì)胞容納部?jī)?nèi)的細(xì)胞，由于瓊脂糖凝膠對(duì)細(xì)胞來說沒有粘 合性，因此即使將該壁3p&、33以及34的高度設(shè)為與細(xì)胞相同程度，細(xì)胞10也不會(huì)越過壁 而進(jìn)行移動(dòng)。另外，在切掉瓊脂糖凝膠壁3p&、33以及34的中心部而形成的細(xì)胞容納部的 周邊的間隙4p42、43以及44被設(shè)為小于細(xì)胞的大小，因此細(xì)胞10不會(huì)穿過該間隙4p42、43 以及44而進(jìn)行移動(dòng)。 在圖4中，細(xì)胞保持部CHpCH^CHs以及CHn分別在細(xì)胞容納部保持一個(gè)心肌細(xì)胞 或成纖維細(xì)胞lOplO^lOs以及10n，并且，雖然在圖中不明確，但是分別備有微小電極2，并 引出有引出線2' ^2' 2、2' 3以及2' n。這些心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞構(gòu)成直列排列的細(xì)胞聯(lián) 絡(luò)通道CCC。在此，n例如是20。另外，這20個(gè)進(jìn)行直列排列的心肌細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞 的分配可以是隨機(jī)的，但是最好細(xì)胞保持部的細(xì)胞以及CH2。的細(xì)胞是心肌細(xì)胞。該細(xì) 胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的左端存在心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，在該心肌細(xì)胞群保持區(qū)域形成有3 X 3的 細(xì)胞保持部CHe，包含在各個(gè)細(xì)胞保持部CH保持心肌細(xì)胞IO而形成的細(xì)胞群10e。該細(xì)胞 群10e作為進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的起搏器而發(fā)揮功能。在細(xì)胞群10e中，僅細(xì)胞群10e的一個(gè)細(xì)胞 保持部CH具備微小電極2，并引出有引出線2、。另外，構(gòu)成為細(xì)胞群10e的右側(cè)中央的細(xì) 胞保持部CH與細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞保持部相面對(duì)。在細(xì)胞群10e的右側(cè)與細(xì)胞聯(lián) 絡(luò)通道CCC的左端部之間設(shè)置有障壁lla。在該障壁lla的中央部的下部形成較小的開口 llb。在該開口 llb的兩側(cè)存在相面對(duì)的細(xì)胞群lOe的右側(cè)中央的細(xì)胞保持部CH和細(xì)胞聯(lián) 絡(luò)通道CCC的細(xì)胞保持部CH"構(gòu)成為各自所保持的細(xì)胞能夠通過各自的細(xì)胞容納部的周邊 的間隙4進(jìn)行物理接觸/細(xì)胞間交互作用。細(xì)胞群10e的下部設(shè)置有比較電極2C，并引出 有引出線2' c。 7是包圍周邊的壁，包圍細(xì)胞群10。細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC以及比較電極2c。 8工和82 是用于向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給細(xì)胞培養(yǎng)液以及從壁7的內(nèi)部區(qū)域排出細(xì)胞培養(yǎng)液的管，在 圖的示例中，從延伸至基板1的底面附近的管8工供給培養(yǎng)液，從延伸至基板1的底面附近的 管82排出培養(yǎng)液。供給培養(yǎng)液的管8工的培養(yǎng)液出口附近接合有管83，通過該管83供給想 要作用于細(xì)胞的藥劑。因而，細(xì)胞10暴露在通過管8工向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給的細(xì)胞培養(yǎng)液 中，并且穩(wěn)定地保持在微小電極2上。在不需要將細(xì)胞暴露在培養(yǎng)液中時(shí)，通過管82將培 養(yǎng)液從壁7的內(nèi)部區(qū)域排出即可。另外，在將培養(yǎng)液交換成新的培養(yǎng)液時(shí)，在排出培養(yǎng)液之 后、或者在排出培養(yǎng)液的同時(shí)供給培養(yǎng)液即可。另一方面，在想要使藥劑作用于細(xì)胞時(shí)，通 過管82排出培養(yǎng)液，并且通過管83將想要作用于細(xì)胞的藥劑添加到培養(yǎng)液并通過管8工與 培養(yǎng)液一起供給即可。此時(shí)，由于在細(xì)胞群叫與細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC之間設(shè)置障壁lla，因 此在通過管8工向壁7的內(nèi)部區(qū)域供給包含藥劑的培養(yǎng)液時(shí)，與細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞受 到藥劑的影響的程度相比，細(xì)胞群10e的細(xì)胞受到藥劑的影響的程度較低。S卩，在通過管81供給包含藥劑的培養(yǎng)液時(shí)，該培養(yǎng)液越過障壁11a的兩側(cè)與壁7之間的縫隙以及障壁llj勺
上面也供給到細(xì)胞群ioe，因此細(xì)胞群10e的細(xì)胞也受到藥劑的影響。但是，該影響與對(duì)細(xì) 胞聯(lián)絡(luò)通道ccc的細(xì)胞的影響相比較為間接，因此不會(huì)給作為起搏器的功能帶來影響。此 外，管8^管82以及管83的結(jié)構(gòu)、配置可以根據(jù)測(cè)量的方法而任意地進(jìn)行變更。例如，可以 將管8工和管83設(shè)為相分離的管，也可以設(shè)為省略管82而將管8工使用于供給、排出雙方。
PC是個(gè)人計(jì)算機(jī)，在細(xì)胞保持部CH的微小電極2的引出線2'與比較電極2C的引 出線2'之間測(cè)量細(xì)胞電位并進(jìn)行記錄。另外，對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)9施加操作者的操作信號(hào)Ms。
心肌毒性檢查裝置100載置于光學(xué)觀察裝置200的XY載物臺(tái)15，能夠利用光學(xué)系 統(tǒng)觀察細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的任意的細(xì)胞10的搏動(dòng)。XY載物臺(tái)15光學(xué)透明，并且根據(jù)與操 作者的操作信號(hào)Ms相應(yīng)地由個(gè)人計(jì)算機(jī)PC提供的信號(hào)而由X-Y驅(qū)動(dòng)裝置16移動(dòng)到任意 位置。在圖6中，示出觀察細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞10n的搏動(dòng)狀態(tài)的例。12表示培養(yǎng)液。
22是相位差顯微鏡或微分干涉顯微鏡的光源， 一般使用鹵素?zé)簟?3是帶通濾波 器，其僅使相位差等實(shí)體顯微鏡觀察光源的光中的特定波長(zhǎng)的光透過。例如，在觀察細(xì)胞 10n的情況下，通過使用波長(zhǎng)700nm附近的窄帶的光能夠防止細(xì)胞10n的損傷。24是快門， 具有在使XY載物臺(tái)15移動(dòng)的情況等不進(jìn)行圖像測(cè)量的期間遮斷光照射的功能。25是聚光 透鏡，在進(jìn)行相位差觀察的情況下導(dǎo)入相位環(huán)，在進(jìn)行微分干涉觀察的情況下導(dǎo)入偏振鏡。 在XY載物臺(tái)15上載置形成于基板1上的細(xì)胞響應(yīng)測(cè)量裝置100，通過X-Y驅(qū)動(dòng)裝置16使 上述XY載物臺(tái)15移動(dòng)，由此能夠觀察上述細(xì)胞響應(yīng)測(cè)量裝置100的任意的位置并進(jìn)行測(cè) 量。利用物鏡17觀察上述細(xì)胞響應(yīng)測(cè)量裝置100內(nèi)的細(xì)胞10n的搏動(dòng)狀態(tài)。能夠根據(jù)個(gè) 人計(jì)算機(jī)PC的信號(hào)、利用驅(qū)動(dòng)裝置18使物鏡17的焦點(diǎn)位置在Z軸方向移動(dòng)。能夠使用倍 率40倍以上的物鏡作為物鏡17。利用物鏡17觀察的是從光源22透過的光引起的細(xì)胞10n 的相位差像或微分干涉像。利用分色鏡19以及帶通濾波器20，由照相機(jī)21僅觀察相位差 顯微鏡像或微分干涉顯微鏡像，其中，上述分色鏡19反射與透過上述帶通濾波器23的光相 同波長(zhǎng)的光。由照相機(jī)21觀察到的圖像信號(hào)被導(dǎo)入到個(gè)人計(jì)算機(jī)PC。
如果示出圖4所示的心肌毒性檢查裝置100的構(gòu)造的主要尺寸的示例則如下。這 是將細(xì)胞的大小設(shè)為10iim小的例。透明基板1的大小為100mmX150mm，微小電極2的大 小為8iimX8iim，瓊脂糖凝膠壁3！、32、33以及34各自的大小為20 y mX 20 y mX 10 y m(高 度)，間隙^2、43以及44的寬度為2 ii m，由瓊脂糖凝膠壁3p32、33以及34形成的成為細(xì)胞 容納部的空間是12iim小的圓柱狀，壁7的外形為5mmX5mm、高度為5mm。障壁lla的高度 為lmm。此夕卜，在此，將微小電極2設(shè)為8iimX8iim的正方形，但是也可以設(shè)為由瓊脂糖凝 膠壁3"&、33以及34整體與間隙4"42、43以及44的寬度構(gòu)成的成為細(xì)胞容納部的10 y m小 的圓狀的電極。 下面，說明本發(fā)明的細(xì)胞響應(yīng)測(cè)量裝置100的結(jié)構(gòu)例以及使用了該細(xì)胞響應(yīng)測(cè)量 裝置100的具體的測(cè)量例。 圖7的(a)、圖7的(b)以及圖7的(c)是表示與細(xì)胞電位的測(cè)量有關(guān)的信號(hào)的 圖。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示在微小電極2與比較電極2c之間得到的細(xì)胞電位。圖7的(a) 是由細(xì)胞群10e的搏動(dòng)引起的細(xì)胞電位。在此，是圖4所示的從細(xì)胞群10e的一個(gè)引出的引 出線2' e與從比較電極2c引出的引出線2' e之間的電位。如圖所示，示出穩(wěn)定搏動(dòng)，從而 可知能夠作為起搏器而發(fā)揮功能。圖7的(b)是在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下由靶
19細(xì)胞的搏動(dòng)引起的細(xì)胞電位。在此，將測(cè)量靶細(xì)胞設(shè)為細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞10n，測(cè)量
從細(xì)胞10n引出的引出線2' n與從比較電極2C引出的引出線2' c之間的電位。與圖7的
(a)的波形進(jìn)行比較可知，觀察到細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞10傳達(dá)搏動(dòng)所需的時(shí)間滯后了 At。與此相對(duì)地，圖7的(c)是在培養(yǎng)液中包含有藥物的狀態(tài)下由靶細(xì)胞的搏動(dòng)引起的細(xì) 胞電位。在此，也將測(cè)量靶細(xì)胞設(shè)為細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞lOn，從而使得與圖7的(b) 之間的比較變得明確。與圖7的(a)、圖7的(b)的波形進(jìn)行比較可知，觀察到細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通 道CCC的細(xì)胞10傳達(dá)搏動(dòng)所需的時(shí)間不是滯后At，而是滯后了時(shí)間At+a 。這意味著藥 物對(duì)細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞的作用所引起的Na離子抑制的大小被表現(xiàn)為滯后+ a的增 大。即，能夠?qū)⑺幬飳?duì)心肌細(xì)胞的毒性作為Na離子抑制進(jìn)行評(píng)價(jià)。 圖8的(a)、圖8的(b)以及圖8的(c)是表示與利用光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量細(xì)胞伴隨搏動(dòng) 的體積變化而得到的結(jié)果有關(guān)的信號(hào)的圖。圖8的(a)是細(xì)胞群10e的細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體 積變化。以圖6所示的形式對(duì)細(xì)胞群10e的一個(gè)細(xì)胞的搏動(dòng)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。細(xì)胞伴隨搏動(dòng) 的收縮和擴(kuò)張被認(rèn)為呈脈沖狀變化。該波形的周期與圖7的(a)所示的伴隨搏動(dòng)的細(xì)胞電 位的變化周期相同。圖8的(b)的上部分示出在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下靶細(xì)胞 伴隨搏動(dòng)的體積變化，下部分示出為了將該體積變化作為電信號(hào)來進(jìn)行評(píng)價(jià)而將其處理為 時(shí)間微分值時(shí)的波形。在此，也將測(cè)量靶細(xì)胞設(shè)為細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞10n，以圖6所 示的形式對(duì)細(xì)胞10n的搏動(dòng)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。與圖8的(a)的波形進(jìn)行比較可知，觀察到細(xì)胞 聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞10傳達(dá)搏動(dòng)所需的時(shí)間滯后了 A t。與此相對(duì)地，圖8的(c)是用于 評(píng)價(jià)在培養(yǎng)液中包含有藥物的狀態(tài)下靶細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化的說明圖，與圖8的(a)、 圖8的(b)相比放大示出時(shí)間軸。上部分是與圖8的(b)的上部分的波形對(duì)應(yīng)的波形，與 圖8的(a)的波形進(jìn)行比較可知，觀察到細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞IO傳達(dá)搏動(dòng)所需的時(shí)間 滯后比At還大13。靶細(xì)胞伴隨搏動(dòng)的體積變化由于藥物而受到的影響的特征在于，隨著 該滯后的增大而體積變化的傾向變小。當(dāng)與在圖8的(c)的下部分作為參考波形而示出的 不包含藥物的培養(yǎng)液中的體積變化比較時(shí)，明確可知這一點(diǎn)。圖8的(c)的中間部分示出 為了評(píng)價(jià)上部分的波形而處理為時(shí)間微分值時(shí)的波形。將該時(shí)間微分值與圖8的(b)的下 部分的時(shí)間微分值進(jìn)行比較則可知峰值變小，并且傾斜變得平緩。這意味著由于藥物而心 肌的收縮速度降低，心輸出量降低。即，能夠?qū)⑺幬飳?duì)心肌細(xì)胞的毒性作為收縮速度的降低 進(jìn)行評(píng)價(jià)。 圖9的(a)表示在培養(yǎng)液中不包含藥物的通常狀態(tài)下伴隨靶細(xì)胞的Na+離子、Ca" 離子、K+離子成分的流入流出量的細(xì)胞電位變化。圖9的(b)表示在培養(yǎng)液中包含有藥物 的狀態(tài)下伴隨靶細(xì)胞的Na+離子、&2+離子、IC離子成分的流入流出量的細(xì)胞電位變化。將 圖9的(a)、圖9的(b)進(jìn)行對(duì)比立刻可知出現(xiàn)QT延遲，波形在時(shí)間軸方向延伸。并且伴 隨K+離子的流入流出而波形大幅變形。為了將其作為電信號(hào)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于在圖中以虛 線示出的"0 "與"100 "之間的值，將30 % 、 60 %以及90 %的值的持續(xù)時(shí)間設(shè)為APD30 、APD60 以及APD90來進(jìn)行檢測(cè)。在此，APD是Action Potential Duration (動(dòng)作電位時(shí)程)的開 頭字母縮寫表現(xiàn)。如果對(duì)這些值的大小以及比率進(jìn)行評(píng)價(jià)，則能夠評(píng)價(jià)該藥物給Na+離子、 Ca2+離子、K+離子成分的流入流出量帶來的影響。 在本發(fā)明的第二實(shí)施方式的典型例中，在透明基板上配置搏動(dòng)起搏器細(xì)胞群，接 著適當(dāng)分開地配置心肌搏動(dòng)細(xì)胞。在它們之間配置/接合適當(dāng)數(shù)量的成纖維細(xì)胞來構(gòu)成細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的心肌搏動(dòng)細(xì)胞和成纖維細(xì)胞各自配置在設(shè)置于透明基板上的透明電極 上。該細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)被設(shè)為能夠進(jìn)行光學(xué)觀察。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的細(xì)胞暴露于包含藥物的液體流中使 得藥物對(duì)其進(jìn)行作用。利用從電極得到的電信號(hào)捕捉從網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)心肌搏動(dòng)細(xì)胞向最后的 心肌搏動(dòng)細(xì)胞傳播搏動(dòng)的通常的滯后與藥物進(jìn)行作用時(shí)傳播搏動(dòng)的滯后之間的差異，從而 對(duì)Na+離子抑制進(jìn)行評(píng)價(jià)。光學(xué)捕捉網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)心肌搏動(dòng)細(xì)胞的搏動(dòng)并檢測(cè)體積變化，由 此檢測(cè)藥物進(jìn)行作用時(shí)的收縮速度，從而對(duì)心輸出量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過電氣捕捉網(wǎng)絡(luò)的一個(gè) 心肌搏動(dòng)細(xì)胞的搏動(dòng)來算出Na+離子、Ca2+離子、K+離子成分的流入流出量，從而評(píng)價(jià)由藥 物引起的QT延遲。
~卜.白勺胃糊'性 根據(jù)本發(fā)明，能夠以細(xì)胞群的作為起搏器的搏動(dòng)為基礎(chǔ)，在生物體體外(in vitro)等效地評(píng)價(jià)藥劑對(duì)hERG表達(dá)細(xì)胞的影響、即藥劑的藥效。 根據(jù)本發(fā)明，能夠以細(xì)胞群的作為起搏器的搏動(dòng)為基礎(chǔ)，在生物體體外(in vitro)等效地評(píng)價(jià)直列排列心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞而得到的細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道CCC的細(xì)胞搏 動(dòng)的傳達(dá)響應(yīng)以及藥物對(duì)其的影響、即藥物的心肌毒性。
權(quán)利要求
一種模型細(xì)胞芯片，具備基板；心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該基板上的保持細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的多個(gè)細(xì)胞保持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞組成；hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域，其包含保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì)胞能夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)；用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，其由上述基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域和上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域的周圍的壁來規(guī)定；載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞保持部中載置心肌細(xì)胞；載置hERG表達(dá)細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞保持部中載置hERG表達(dá)細(xì)胞；比較電極，其設(shè)置在上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)；以及與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模型細(xì)胞芯片，其特征在于，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域與上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障壁 阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述hERG表達(dá)細(xì)胞 協(xié)作的開口部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模型細(xì)胞芯片，其特征在于，上述細(xì)胞保持部被具有上述細(xì)胞無法穿過的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁所包圍。
4. 一種利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，具備 基板；心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該基板上的保持細(xì)胞群的各個(gè)細(xì)胞的多個(gè)細(xì)胞保 持部，該細(xì)胞群由多個(gè)進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì)胞組成；hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域，其包含保持hERG表達(dá)細(xì)胞的細(xì)胞保持部，該hERG表達(dá)細(xì)胞能 夠與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述細(xì)胞群的搏動(dòng)；用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，其由上述基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域 和上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域的周圍的壁來規(guī)定；載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的一個(gè) 細(xì)胞保持部中載置心肌細(xì)胞；載置hERG表達(dá)細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述基板上，在上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域 的一個(gè)細(xì)胞保持部中載置hERG表達(dá)細(xì)胞；比較電極，其設(shè)置在上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)；與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線；培養(yǎng)液供給和排出單元，其向上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液 以及從上述用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液；細(xì)胞培養(yǎng)液供給單元，其用于將想要作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì) 胞培養(yǎng)液；以及測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，其特征在于， 在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域與上述hERG表達(dá)細(xì)胞保持區(qū)域之間設(shè)有障壁，該障壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具有用于上述細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞與上述hERG表達(dá)細(xì)胞協(xié) 作的開口部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥效評(píng)價(jià)裝置，其特征在于， 上述細(xì)胞保持部被具有上述細(xì)胞無法穿過的間隙的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性的壁所包圍。
7. —種藥效評(píng)價(jià)方法，使用權(quán)利要求4 6中的任一項(xiàng)所述的利用模型細(xì)胞芯片的藥 效評(píng)價(jià)裝置，在該藥效評(píng)價(jià)方法中，在將想要作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培 養(yǎng)液時(shí)，對(duì)由于上述心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)而在上述hERG表達(dá)細(xì)胞中產(chǎn)生的電信號(hào)的 振幅降低進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)要作用于上述hERG表達(dá)細(xì)胞的藥劑進(jìn)行利用模型細(xì)胞芯片的 藥效評(píng)價(jià)。
8. —種心肌毒性檢查芯片，具備 透明基板；心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的用于保持心肌細(xì)胞的多個(gè)細(xì)胞保 持部卿;細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其用于與該細(xì)胞群的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述心肌細(xì)胞群的搏動(dòng)，包 括直列排列的多個(gè)細(xì)胞保持部(CH》，該細(xì)胞保持部(CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞； 用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定；載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞保持部(CH^中載置心肌細(xì)胞；載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞； 比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)；以及與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引出線。
9. 一種心肌毒性檢查裝置，具備 透明基板；心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的用于保持進(jìn)行穩(wěn)定搏動(dòng)的心肌細(xì) 胞的多個(gè)細(xì)胞保持部(C4);細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其用于與上述細(xì)胞保持部的一個(gè)細(xì)胞協(xié)作來傳播上述心肌細(xì)胞群的搏 動(dòng)，包括直列排列的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHJ，該細(xì)胞保持部(CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖維細(xì) 胞；用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定；培養(yǎng)液供給和排出單元，其用于向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液；藥劑供給單元，其用于將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；載置心肌細(xì)胞的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的 一個(gè)細(xì)胞保持部(C4)中載置心肌細(xì)胞；載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基 板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞；比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)；測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引 出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄；以及光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)配置在上述透明基板上的細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的心肌毒性檢查裝置，其特征在于，各上述細(xì)胞保持部(CHe、CHn)被規(guī)定為由設(shè)置在上述透明基板上的對(duì)細(xì)胞沒有粘合性 的壁包圍的空間，該壁具有上述細(xì)胞無法穿過的一個(gè)以上的間隙。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的心肌毒性檢查裝置，其特征在于，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域與形成有上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的區(qū)域之間設(shè)置有障壁，該障 壁阻礙上述細(xì)胞培養(yǎng)液的流動(dòng)，并且具有用于上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的多個(gè)細(xì)胞保持部 (CHe)中的一個(gè)細(xì)胞保持部所容納的細(xì)胞與上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的端部的細(xì)胞保持部(CHn) 的細(xì)胞協(xié)作的開口部。
12. —種心肌毒性檢查裝置，具備 透明基板；心肌細(xì)胞群保持區(qū)域，其包含配置在該透明基板上的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHe);細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道，其用于與該心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的細(xì)胞保持部(CHe)的一個(gè)細(xì)胞協(xié) 作來傳播上述心肌細(xì)胞群的搏動(dòng)，包括多個(gè)直列排列的細(xì)胞保持部(CHJ，該細(xì)胞保持部 (CHn)保持心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞；用于填充細(xì)胞培養(yǎng)液的區(qū)域，由上述透明基板表面以及形成在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū) 域和上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的周圍的壁來規(guī)定；培養(yǎng)液供給和排出單元，其用于向由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)供給上述細(xì)胞培養(yǎng)液以及從 由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)排出上述細(xì)胞培養(yǎng)液；藥劑供給單元，其用于將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液；載置心肌的微小電極，其設(shè)置在上述透明基板上，在上述心肌細(xì)胞群保持區(qū)域的一個(gè) 細(xì)胞保持部(C4)中載置心肌細(xì)胞；載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞的多個(gè)微小電極，該多個(gè)微小電極設(shè)置在上述透明基 板上，在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道的多個(gè)細(xì)胞保持部(CHn)中載置上述心肌細(xì)胞或成纖維細(xì)胞；比較電極，其設(shè)置在由上述壁包圍的區(qū)域內(nèi)；測(cè)量記錄單元，其使用與各上述微小電極連接的引出線以及與上述比較電極連接的引 出線來測(cè)量載置于上述微小電極的細(xì)胞的電位并進(jìn)行記錄；載物臺(tái)，其在X-Y方向被驅(qū)動(dòng)，并且載置上述透明基板；以及光學(xué)測(cè)量單元，其對(duì)載置在上述載物臺(tái)上的上述透明基板上的細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)測(cè)
13. —種心肌毒性檢查方法，使用權(quán)利要求9 12中的任一項(xiàng)所述的心肌毒性檢查裝置，在該心肌毒性檢查方法中，在將想要作用于上述細(xì)胞的藥劑添加到上述細(xì)胞培養(yǎng)液 時(shí)，評(píng)價(jià)藥劑是否使上述心肌細(xì)胞群所產(chǎn)生的搏動(dòng)在上述細(xì)胞聯(lián)絡(luò)通道中傳播的速度延 遲，從而檢查作用于上述細(xì)胞的藥劑對(duì)心肌的毒性。
全文摘要
提供一種能夠在芯片上執(zhí)行藥劑作用于hERG表達(dá)細(xì)胞時(shí)的藥效評(píng)價(jià)的藥效評(píng)價(jià)裝置。提供一種能夠在生物體體外(in vitro)進(jìn)行以往在生物體體內(nèi)(in vivo)進(jìn)行的心肌毒性檢查的心肌毒性檢查裝置以及方法。在透明基板上適當(dāng)分開地配置搏動(dòng)細(xì)胞群和hEGR表達(dá)細(xì)胞(靶模型細(xì)胞)并使兩者構(gòu)成間隙接合。hERG表達(dá)細(xì)胞被配置在設(shè)置于透明基板上的透明電極上。將hERG表達(dá)細(xì)胞暴露于包含藥劑的液體流中使得藥劑進(jìn)行作用。利用從電極得到的電信號(hào)捕捉hERG表達(dá)細(xì)胞的通常搏動(dòng)與藥劑作用時(shí)的搏動(dòng)之間的差異來評(píng)價(jià)電位變化特性。
文檔編號(hào)G01N27/416GK101711276SQ200880019299
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者安東賢太郎, 安田賢二, 寺薗英之, 杉山篤, 福島守, 野村典正, 金子智行 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人東京醫(yī)科齒科大學(xué);三菱化學(xué)美迪恩斯株式會(huì)社