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ダメージレスソーティングの原理

生細胞、特に分化・誘導を必要とされるiPS細胞、ES細胞及び幹細胞のような研究においては、良質な生細胞、特にコロニー形成の為に良質な単一生細胞を用いることが極めて重要です。

ヒトiPS細胞は物理的ダメージに弱く、シングルセルの継代では殆ど細胞死を起こすことが知られています。Rock 阻害剤等により継代時の細胞生存率は向上してきたものの、通常は均一性のない小さな細胞塊(クランプ)の状態で継代が行われてきました。幹細胞の研究において多能性などの性状を厳密に証明するには、モノクローナルな細胞の解析であることが必須です。しかしながら、コロニーピックアップで樹立されたiPS細胞は、モノクローナリティーが保証されておらず、シングルセルソーティングによるヒトiPS細胞のモノクローン化が必要です。

“超音波”、“高電荷”及び“高い水圧”を用いた従来の「高速液滴荷電式セルソーター」は、細胞を効率的に解析・分取出来ますが、そのソーティングプロセスにおいては、生細胞に無視できないほど大きな物理的ダメージ(ストレス)を与えることが懸念されています。

当社の「無液滴細胞分取方式セルソーター」は、“超音波”と“高電荷”を用いず、且つ従来の“1/10以下の水圧”で送液し、生細胞を含む液滴の高速落下を行わないことで生細胞の着水衝撃を回避しました。更に生細胞導入部からソーティングノズルまで全管路をストレートにすることで流体の2次流れを発生させずに、二次流れによる生細胞へのせん断力発生も無くしました。このようにソーティングプロセスにおける主な物理的ダメージ要因を極限まで低減することで生細胞のダメージレスソーティングを実現しています。

ダメージレスソーティングの重要性

  • iPS細胞、ES細胞及び幹細胞等の正常な分化・誘導
  • 遺伝子損傷による生細胞の癌化リスク回避
  • 遺伝子操作や投薬等による生細胞挙動の評価
  • 良質なコロニーの形成

メカニカルフロー切替による無液滴分取方式

無液滴細胞分取は、細胞の流れ方向に配置された二つ以上の光ファイバ(透過光)計測系を用いてターゲット細胞の流速を正確に計測し、前記ターゲット細胞がノズル先端から流れ出るタイミングを見計らいながら、細胞廃液槽と培養プレートをメカニカルに切り替えて行います。

この無液滴細胞分取方法は、細胞の大きさに関係なくデリケートな生細胞のダメージレスソーティングを実現します。

ソーティング原理
ソーティング原理の図

従来技術とPERFLOW®シリーズの細胞に与えるストレス比較表

生細胞へのソーティング ダメージ要因 液滴荷電方式
(従来技術)
無液滴分取方式
(PERFLOW® Sort)
水圧(Psi) 10〜100 4
超音波(kHz) 20〜200 0
液滴荷電(kV) 2〜7 0
液滴着水時の衝撃(注1) >1,500 1
液体によるせん断力(注2) -

(注1)運動エネルギー(J)比較
無液滴分取方式における着水時の衝撃運動エネルギーを“1”として比率を記載(液滴形成時の流速を10m/secとして計算)本文に戻る

(注2)管路に屈曲部が存在すると流体内に2次流れが発生し、細胞が螺旋状に流れるため流体によるせん断力を受ける本文に戻る

ソーティングプロセスにおける主な物理的ダメージ要因を極限まで低減し、生細胞のダメージレス を実現します。

無液滴細胞ソーティングの様子

細胞のソーティングの様子を動画にてご覧いただけます。

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